2021 Fiscal Year Annual Research Report
Holistic study on the genesis and structure of magnetospheric plasma: understanding of auroral phenomena
| Project/Area Number |
17H01177
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
|---|
Principal Investigator |
吉田 善章 核融合科学研究所, その他部局等, 所長 (80182765)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 智彦 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30260053)
沼田 龍介 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 准教授 (30615787)
西浦 正樹 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (60360616)
齋藤 晴彦 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (60415164)
佐藤 直木 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (60872893)
釼持 尚輝 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80781319)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 自己組織化 / 磁気圏プラズマ / オーロラ / トポロジー束縛 / 非ホロノミー系 / 内向き拡散 / ハミルトン力学 / ジャイロ運動論 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
磁気圏プラズマは磁気モーメントとバウンスアクションの2つの断熱不変量をカシミールとする非正準ハミルトン系の位相空間に棲む．この2つのトポロジー束縛が与える葉層構造は，葉層上に生成される熱平衡状態の自己磁場によって変化するため，自己無撞着なダイナミクスは葉層構造そのものを変化させる非線形問題となる．これを解く計算スキームを開発し，磁気圏の高圧力（高β）平衡を運動論的に構築することに成功した．
電子サイクロトロン加熱によって高エネルギー電子を生成した高βプラズマにおいて，ホイッスラー波の自己励起を観測した．これはジオスペース（地球磁気圏）で観測されているホイッスラー波のコーラス放射を実験室系で再現するものである．典型的な揺動は，周波数の時間変調を示すコヒーレントな磁場成分と，より高周波側の比較的broadな静電揺動から構成されることが示された．揺動の発生頻度はプラズマ圧力を担う高温電子成分と強い相関を示し，高温電子の温度非等方性により不安定化するホイッスラー波の非線形成長により，ジオスペースに見られるコーラス放射と同様の波が実験室で生成されたと考えられる．
磁気圏型プラズマの構造形成に伴い発生する低周波揺動については，従来からの磁場計測に加え，プラズマ内部で使用可能な耐熱性の高い静電プローブによる計測により，以下のことが明らかになった．(1)磁場成分を持つ揺動モードは比較的高β時に発生するが，より低いβでも構造の再構成時に同一周波数帯に静電モードが出現する場合がある．(2)揺動のトロイダルモード数は3程度であり，径方向に強い依存性を持たない．
これらの成果をまとめ，磁気面プラズマに関するホリスティックな見地から，高β平衡の自己組織化原理と，それを駆動する集団幻想である自発的揺動に関する実験，理論，シミュレーション研究を総括した．
|
| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
