プラズマ波形多元解析と計算機実験の融合による磁気圏非線形波動力学の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08404027
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 松本 紘 京都大学, 超高層電波研究センター, 教授 (00026139)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小嶋 浩嗣 京都大学, 超高層電波研究センター, 助教授 (10215254) ; 大村 義治 京都大学, 超高層電波研究センター, 助教授 (50177002) ; 橋本 弘蔵 京都大学, 超高層電波研究センター, 教授 (80026369) ; 岡田 裕子 千葉大学, 工学部, 助手 (70184934) ; 臼井 英之 京都大学, 超高層電波研究センター, 助教授 (10243081)
• Keywords: 磁気圏 / プラズマ波動 / 計算機実験 / 波形解析 / 非線形波動粒子相互作用 / GEOTAIL衛星 / 粒子モデル / バウショック

Research Abstract

GEOTAIL衛星は、「波形」をデジタル化した形で観測することのできる波形捕捉受信機を搭載している。この波形による観測は位相情報を含めた波形そのものを観測できるため、高度なデータ解析が行える一方で、その膨大なデータ量に対して有効な手段で解析を行わないと、高品質のデータを十分に活かしきれない。そこで、本研究では、プラズマ波形データを波形のパターン認識等の様々な角度から行う多次元解析、統計解析を行う一方、それらを我々のグループで長年培われてきた計算機実験による非線形物理過程の時間発展を解析する手法とを組み合わせることにより磁気圏プラズマの素過程であるミクロな非線形過程を解明することを目的とする。
平成11年度は、磁気圏昼間側のバウショック領域で観測された高周波プラズマ波動に着目する。これまでの衛星観測ではスペクトルによる波動解析が主流であったが、GEOTAIL衛星の波形受信器により、高時間分解能のプラズマ波形の観測が可能になった。バウショック領域の研究は主にイオンダイナミクスに着目したものが主流であったが、GEOTAILの波形観測により、電子モードのプラズマ波動も強く観測されていることがわかった。本年度はこの高周波波形の解析によるプラズマ波動特性の理解と、粒子モデルを用いた計算機実験による波動発生メカニズムや、フラットトップ型の電子速度分布形成過程の解析について特に研究を行なった。この結果、イオン音波などの静電的なプラズマ波動の発生のほか、ホイッスラー波などの電磁波の発生を確認し、その解析を行った。
また、静電孤立波に関する研究も引き続き行ない、プラズマ粒子データとの相関、自由境界を取りいれた計算機実験や2次元空間を用いた計算機実験により静電孤立波の発生、非線型発展についてより深い考察を行なった。
本年度は本研究計画の最終年度でもあるため、前年度の取りまとめと研究成果の論文投稿を行ないつつ、これまで得られた結果を総括的にまとめる作業を行ない、報告書を作成した。

Research Products

• [Publications] H.Matsumoto: "Plasma waves in Geospace: GEOTAIL Observation"Geophysical Monograph by the American Geophysical Union. 105,. 259-319 (1998)
• [Publications] H.Matsumoto: "Generation Mechanism of ESW based on GEOTAIL Plasma Wave Observation, Plasma Observation and Particle Simulation"Geophys. Res. Lett.. 26. 421-424 (1999)
• [Publications] K.Hashimoto: "Kilometric continuum detected by GEOTAIL"J. Geophys. Res.. 104. 28633-28644 (1999)
• [Publications] Y.Omura,: "Electrostatic Solitary Waves Carried by Diffused Electron Beams Observed by GEOTAIL Spacecraft"J. Geophys. Res.. 104. 14627-14637 (1999)
• [Publications] H.Kojima: "Characteristics of electrostatic solitary waves observed in the plasma sheath boundary: Statistical analyses"Nonlinear processes in Geophysics. 6. 179-186 (1999)
• [Publications] H.Usui: "GEOTAIL electron observations in association with intense bursts of ECH waves in the dayside magnetosphere"J. Geophys. Res.. 104. 4477-4484 (1999)