2015 Fiscal Year Research-status Report
粘性抵抗性磁気流体力学に基づく天体プラズマシミュレーション
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15K05369
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
簑島 敬 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 数理科学・先端技術研究分野, 研究員 (00514811)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 磁気リコネクション / 磁気流体力学 / 粘性 / 熱伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙プラズマにおける普遍的現象であり、オーロラや太陽フレアなどを駆動する磁気リコネクションの非線形発展を調べるために、2次元磁気流体シミュレーションを実施した。
従来の多くの磁気流体モデルでは磁場の散逸である電気抵抗の影響に注目している（抵抗性磁気流体モデル）が、本研究では現実のプラズマ環境を鑑みて、むしろ流体の散逸である粘性や熱伝導の影響に注目する。そこで、粘性散逸と磁力線方向の熱伝導を陰解法で解くアルゴリズムを抵抗性磁気流体シミュレーションコードに実装して、粘性と熱伝導係数をパラメータとしたシミュレーションを実施した。
その結果、粘性が電気抵抗より速い時に、リコネクション電流層のガス密度が薄くなり、渦が効率的に発生して電流層を囲む厚い渦層が形成され、リコネクション領域上流にフィードバックがかかることを見出した。さらに、熱伝導が粘性より速いと、粘性で発生した熱エネルギーを電流層から効率的に引き抜くことで、非線形発展を阻害せずにいられることがわかった。以上の効果により、磁気リコネクションは粘性を上げると速くなるという、これまでの常識を覆す結果が得られた。
このシナリオを制御していると考えられるパラメータは粘性と電気抵抗の比である磁気プラントル数と、粘性と熱伝導の比であるプラントル数であり、これらは従来の抵抗性磁気流体モデルでは定義されていない量である。
以上の結果は、磁気リコネクションの磁気流体モデルにおける2つのプラントル数の重要性と、抵抗性磁気流体モデルの限界を示唆するものである。
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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
本研究の目的の一つは、粘性が支配的な磁気リコネクションの非線形発展を明らかにすることである。
本年度は現実の宇宙プラズマ環境を鑑みて、粘性及び熱伝導が磁気リコネクションに与える影響を調べるためのシミュレーションコードを開発・実施した。
スーパーコンピュータを用いたシミュレーションは順調に実施されており、次年度もさらなる調査を実施する準備が整っている。
以上より、本研究課題の進捗状況は概ね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
電気抵抗、粘性、熱伝導を考慮した磁気リコネクションの磁気流体シミュレーションは前例が少なく、本研究結果を確実にするためにも多くの追計算が必要である。
特に解像度、システムサイズ、システム縦横比に対する依存性について、今後も調査が必要である。
平成27年度は電気抵抗（ランキスト数）を固定した計算だったが、これは磁気リコネクションの最重要パラメータである。
よって平成28年度は、電気抵抗、粘性、熱伝導を全てパラメータとした計算を実施し、見出したシナリオの適用範囲を調べる。
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| Causes of Carryover |
シミュレーション結果を解析・保存する計算サーバーとストレージを購入予定だったが、平成27年度は既存の資産で間に合ったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度の研究進行状況を見込むと、新たに計算サーバーとストレージを導入する必要があるため、その購入費用に充てる。
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