2018 Fiscal Year Annual Research Report
全粒子モデル計算機実験による小スケール磁気圏の昼間側境界層物理の研究
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16H04058
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
臼井 英之 神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (10243081)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 小型磁気圏 / プラズマ粒子シミュレーション / 電子ダイナミクス / プラズマ粒子速度分布関数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は, 小型固有磁場を持つ水星や月面磁気異常上空で形成される「小スケール磁気圏」の昼間側境界層における太陽風の3次元運動論的応答とそれに起因する様々な波動粒子相互作用との関係を包括的に解明することである. 本年度は、弱磁場小型天体と太陽風との相互作用に関する粒子シミュレーションを実施し、形成される小型磁気圏の昼間側マグネトポーズでの電子ダイナミクスに特に注目した。具体的には、天体固有磁場の磁気ダイポール中心から磁気圧と太陽風動圧が釣り合う点までの距離をDpとし、太陽風イオン慣性長Liする場合、まずは、Dp/Li=1となる磁気を持つ球体を設定し、南向きIMFをもつ太陽風との相互作用に着目した。シミュレーション結果から、カスプやマグネトポースをもつ小型磁気圏の形成、赤道面朝方夕方間での密度非対称性やマグネトポーズにおける電子の高速フラックスが確認された。特にはポーズでの電界により加速された電子がマグネトポーズに沿ってメアンダリング運動により赤道面朝方に移動することを明らかにした。昼間側マグネトポーズの夕方側での電子速度分布関数よりｙ軸の正の方向に加速されたビーム成分が確認できる。また、同じ領域において、時間的及び空間的な電子密度擾乱が見られた。マグネトポーズ高速電子流による電場および密度擾乱について電子ビーム不安定性の観点から定量的な理解を得るため、テスト粒子シミュレーションによる速度分布関数を取得し、非マックスウェル速度分布成分の有無を確かめた。この速度分布関数を用いてプラズマ波動成長率評価や1Dモデルプラズマシミュレーションを実施することにより、昼間側マグネトポーズにおける密度擾乱や電界励起は電流駆動型のプラズマ不安定性による可能性を示唆することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和元年7月、粒子シミュレーションによる不安定性解析の過程で低周波現象の解析をしたところ、当初の想定に反し 、ハイブリッド粒子モデルによる磁気圏において、電子スケール現象の解析だけでは不十分であり、イオンスケール 現象の解析も必要であることが判明した。研究遂行上、このプラズマ不安定性現象の本質を見極めることが不可欠であるため、ハイブリッド粒子モデルを用いたシミュレーションによる磁気圏の再解析を次年度行う必要が生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子流体を扱うハイブリッド粒子モデルシミュレーションも併用し、Li/Dpを0.1程度での磁気圏形成や各領域でのプラズマ現象にどのような変化が生じるかを確認する。特に、太陽風変動を考慮したシミュレーションを実行し、太陽風の磁場や速度、密度に対して小型磁気圏形成が受ける影響について定量的に解析を進める。また、磁気圏の各領域におけるプラズマ粒子速度分布関数を取得し、非マックスウェル成分の生成について考察を深め、波動粒子相互作用現象の理解につなげたい。
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