2017 Fiscal Year Annual Research Report
Astrophysical Plasma Simulations based on Dissipative Magnetohydrodynamics
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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 / プラズマ運動論 / 電気抵抗 / 粘性 / 熱伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気リコネクションは太陽フレアや磁気圏サブストームなどのエネルギー解放現象を駆動する、宇宙・天体プラズマにおける普遍的機構であり、これらは宇宙地球環境変動の要因となる。また、この機構は粒子スケールから流体スケールにまたがるマルチスケール現象としても興味深い。磁気リコネクションの重要な問題の一つは、観測されるような突発的で速いエネルギー解放を引き起こす物理機構の詳細を明らかにすることである。この問題に対し、本研究では様々なスケールのプラズマシミュレーションモデルを用いて、磁気リコネクションの非線形発展を調べている。
散逸性磁気流体シミュレーションを用いた磁気リコネクションから、リコネクションの発展には電気抵抗に加えて粘性や熱伝導も重要な役割を果たすことを明らかにした（Minoshima et al. 2016）。しかしながら、これら輸送過程の起源は必ずしも明らかではない。宇宙空間を満たす無衝突プラズマでは、電気抵抗、粘性、熱伝導といった輸送過程はプラズマと電磁場の複雑な相互作用の結果生じるからである。この理解のためには第一原理計算が必要である。そこで、第一原理ブラソフシミュレーションコードを用いた磁気リコネクションの計算を行い、磁気流体モデルと比較することで、実効的な輸送過程を調べた。リコネクション下流広域に渡って、圧力非対角成分の空間勾配が運動量輸送に寄与していた。これを担う粒子は、リコネクションジェット中の対流電場からエネルギーを獲得していた。以上の描像は、加速された粒子がリコネクションジェットの運動量を進行方向と垂直に輸送していることに相当し、実効的な粘性の発生と解釈できる。
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