2017 Fiscal Year Research-status Report
磁気圏編隊観測を用いた三次元磁気リコネクションの研究
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15K05306
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
長谷川 洋 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50435799)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 磁気リコネクション / 衛星編隊観測 / 磁気圏界面 / ケルビン－ヘルムホルツ不安定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球磁気圏の側面でケルビン－ヘルムホルツ不安定が成長した結果として発生する三次元的な磁気リコネクションが、太陽風プラズマの磁気圏侵入にどれだけ寄与するかを、NASAのMagnetospheric Multiscale（MMS）衛星による観測と三次元大規模粒子シミュレーションとの比較により明らかにした。電磁流体スケールの大規模ケルビン－ヘルムホルツ渦の発達に伴って発生する磁気リコネクションは、イオンスケールのプラズマジェットを生成し、これが乱流を自己励起し、二次的に発生する三次元磁気リコネクションがプラズマの効率的な混合を導くことを突き止めた。このプラズマ混合の効率は、太陽風磁場が北向きの時に磁気圏尾部で観測されるプラズマの量を十分に説明できるほど高いことを明らかにした。本研究成果を報告した論文は、Nature Communicationsに掲載された。
また、上記のケルビン－ヘルムホルツ渦中で観測された電磁場乱流の駆動機構について解析を行い、ケルビン－ヘルムホルツ不安定が成長する以前に、大規模磁気リコネクションに伴う乱流場が存在していること、ケルビン－ヘルムホルツ渦中で発生する三次元磁気リコネクションは乱流場をさらに増幅させることを明らかにした。さらに渦中の電磁場乱流は、荷電粒子の共鳴拡散輸送を引き起こしうる運動論的アルヴェン波などのプラズマ波ではなく、絡み合った磁力管構造に由来する擾乱であることを突き止めた。電磁場乱流は、プラズマの拡散輸送を引き起こすと考えられているが、渦中で観測される電磁場乱流はむしろプラズマ輸送の原因である渦中の磁気リコネクションの結果であることを解明した点が重要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で実施した研究内容は以下のとおりである。１．磁気リコネクション過程のエンジン部分である電子拡散領域の二次元構造を人工衛星による直接観測から再現する手法の開発。２．電子拡散領域を再現するデータ解析手法のMagnetospheric Multiscale（MMS）衛星によって磁気圏界面で観測された非対称磁気リコネクション領域への適用。３．電子拡散領域を再現するデータ解析手法のMMS衛星によって磁気圏尾部で観測された対称磁気リコネクションへの適用。４．MMS衛星観測と大規模三次元シミュレーションの比較による、磁気圏側面でのケルビン－ヘルムホルツ不安定に伴う三次元磁気リコネクションが太陽風プラズマ輸送に果たす役割の解明。５．新しいデータ解析手法を用いたケルビン－ヘルムホルツ不安定渦中で観測される電磁場乱流の生成機構の解明。
１，２，４については、その研究成果が学術論文として掲載済みであり、研究はおおむね順調に進展していると判断している。３，５については今後、詰めのデータ解析を行い、論文にまとめる必要がある。平成30年度中は、主にこの作業に時間を費やす。
MMS衛星による磁場やプラズマ速度の編隊観測のデータから、三次元磁気リコネクションや三次元渦乱流における重要な構造である、磁場のヌル点やセパレータ、渦コアを同定する試みについては、進捗が遅れており、来年以降のさらなる研究が必要であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題で実施可能な研究内容の実質的な部分はほぼ終了した。今後は、MMSミッションが主催しているサイエンスチーム会議などに出席し、情報交換や成果発表を行いながら、研究成果を論文にまとめる作業を主に行う。またMMSミッションは、2018年夏には地球磁気圏尾部を観測する二回目のフェーズを迎える。そこで、磁気圏尾部で発生する磁気リコネクションや関連する現象の観測事例をサーベイし、今後の研究の種を探す。
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| Causes of Carryover |
当初よりも研究の進捗がやや遅れ、研究成果を論文等にまとめる時間をとることができず、成果発表旅費として計上していた経費を平成29年度中に使用することができなくなったため、平成30年度中に成果発表旅費として使用することを計画している。研究の進捗が遅れた理由は、所属研究機関での業務や米国地球物理学連合の学術誌Journal of Geophysical Research Space Physicsの副エディターとしての仕事が想定以上に忙しかったからである。
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[Journal Article] Determining L-M-N current sheet coordinates at the magnetopause from MMS data2018
Author(s)
Denton, R. E., B. U. O. Sonnerup, C. T. Russell, H. Hasegawa, R. J. Strangeway, B. L. Giles, R. E. Ergun, P.-A. Lindqvist, R. B. Torbert, J. L. Burch, and S. K. Vines
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Journal Title
Journal of Geophysical Research Space Physics
Volume: 123
Pages: 2274-2295
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Magnetic reconnection at a thin current sheet separating two interlaced flux tubes at the Earth's magnetopause2018
Author(s)
Kacem, I., C. Jacquey, V. Genot, B. Lavraud, Y. Vernisse, A. Marchaudon, O. Le Contel, H. Breullard, T.-D. Phan, H. Hasegawa, et al. (34 authors in total)
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Journal Title
Journal of Geophysical Research Space Physics
Volume: 123
Pages: 1779-1793
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Reconstruction of the electron diffusion region observed by the Magnetospheric Multiscale spacecraft: First results2017
Author(s)
Hasegawa, H., B. U. O. Sonnerup, R. E. Denton, T.-D. Phan, T. K. M. Nakamura, B. L. Giles, D. J. Gershman, J. C. Dorelli, J. L. Burch, R. B. Torbert, C. T. Russell, R. J. Strangeway, P.-A. Lindqvist, Y. V. Khotyaintsev, R. E. Ergun, P. A. Cassak, N. Kitamura, and Y. Saito
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Journal Title
Geophysical Research Letters
Volume: 44
Pages: 4566-4574
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Generation of turbulence observed in magnetopause Kelvin-Helmholtz vortices: Revisiting Magnetospheric Multiscale observations on 8 September 20152018
Author(s)
Hasegawa, H., T. K. M. Nakamura, D. J. Gershman, N. Kitamura, Y. Hoshi, Y. Saito, A. F.-Vinas, B. L. Giles, C. T. Russell, B. Lavraud, Y. V. Khotyaintsev, and R. E. Ergun
Organizer
Fundamental Physical Processes in Solar-Terrestrial Research and Their Relevance to Planetary Physics 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Evolution and its consequence of the magnetopause Kelvin-Helmholtz instability: MMS event on 8 September 2015 revisited2017
Author(s)
Hasegawa, H., T. K. M. Nakamura, N. Kitamura, D. J. Gershman, B. L. Giles, C. T. Russell, Y. V. Khotyaintsev, R. E. Ergun, M. Oka, and Y. Saito
Organizer
AGU Chapman Conference on Dayside Magnetosphere Interactions
Int'l Joint Research
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[Presentation] Generation of turbulence in magnetopause Kelvin-Helmholtz vortices: Revisiting the 2015-09-08 event2017
Author(s)
Hasegawa, H., T. K. M. Nakamura, D. J. Gershman, N. Kitamura, Y. Hoshi, Y. Saito, A. F.-Vinas, B. L. Giles, C. T. Russell, B. Lavraud, Y. V. Khotyaintsev, and R. E. Ergun
Organizer
MMS Science Working Team meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Revisting a magnetopause Kelvin-Helmholtz event seen by the MMS spacecraft on 9 September 2015: Large-scale context and wave properties2017
Author(s)
Hasegawa, H., T. K. M. Nakamura, D. J. Gershman, N. Kitamura, Y. Hoshi, Y. Saito, A. F.-Vinas, B. L. Giles, C. T. Russell, B. Lavraud, Y. V. Khotyaintsev, and R. E. Ergun
Organizer
AGU 2017 Fall Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Reconnection properties in Kelvin-Helmholtz instabilities2017
Author(s)
Vernisse, Y., B. Lavraud, S. Eriksson, D. J. Gershman, J. Dorelli, C. J. Pollock, B. L. Giles, N. Aunai, L. A. Avanov, J. Burch, M. O. Chandler, V. N. Coffey, J. Dargent, R. Ergun, C. J. Farrugia, V. N. Genot, D. Graham, H. Hasegawa, et al. (18th of a total of 36 authors)
Organizer
AGU 2017 Fall Meeting
Int'l Joint Research
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