2010 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙プラズマにおけるミラー不安定性の非線形発展の研究
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09J03154
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小路 真史 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Keywords | 宇宙プラズマ / ハイブリッドシミュレーション / ミラー不安定性 / 電磁イオンサイクロトロン不安定性 / トリガード放射 / プロトン・オーロラ |
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| Research Abstract |
ミラー不安定性の非線形発展によって形成されるmagnetic peak, dipと呼ばれる構造について解析するために、多次元開放境界ハイブリッドコードを開発した。2次元及び3次元モデルにおいて、異なるイオンベータに関するパラメータ解析を行った結果、magnetic dipは、2次元空間の低イオンベータ条件でのみ形成されることがわかった。2次元モデルの高イオンベータ、及び3次元モデルにおいてはmagnetic peakが形成されるが、これはミラー不安定性によって励起される磁場にトラップされない粒子が高ベータ及び3次元の場合多いためである。magnetic dipが形成された内部の粒子は、内部でのミラー運動のために、上部が平らな分布関数を形成する。一方で、magnetic peakが形成される条件では、ミラー不安定性が強烈に励起されることから、成長段階に現れる電場によって背景磁場平行方向に加熱されることがわかった。これにより磁場構造にトラップされるピッチ角を満たす粒子の数が減るため、magnetic dipが崩れ、結果的にmagnetic peakが残る。3次元モデルにおいて、粒子の運動の自由度は2次元モデルに比べて大きいため、プロトンが磁場構造にトラップされにくく、結果的にmagnetic peakが卓越し易くなる。また、近年衛星によって内部磁気圏磁気赤道領域で観測された電磁イオンサイクロトロントリガード放射の励起メカニズム解明のための1次元ハイブリッドシミュレーションを行い、観測と一致する、周波数上昇を伴う波動のスペクトル、振幅の飽和過程を再現できた。また、非線形成長理論によって得られる周波数変化率が一致していることを示した。さらに、EMICトリガード放射によって磁気赤道近傍に存在するプロトンの速度分布関数が散乱・加速の影響を受けて大きく歪められることを示した。周波数変動に伴い、多数のプロトンと共鳴しながら、ピッチ角散乱を引き起こすが、このうち、一部ロスコーンに侵入した粒子は極域大気圏に降下し、極域で観測されるプロトン・オーロラの一因となることを示した。
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