2021 Fiscal Year Annual Research Report
Physics of energy partition between ion and electron during magnetic reconnection
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19H01949
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
星野 真弘 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90241257)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桂華 邦裕 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10719454)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁気リコネクション / エネルギー分配 / 無衝突プラズマ / プラズマ粒子シミュレーション / 磁気圏衛星観測 |
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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様々な宇宙プラズマ中で、磁気エネルギーを運動・熱エネルギーに変換する機構として重要であることは良く知られているが、プラズマを構成するイオンと電子にどのようにエネルギーが分配されるのかはよくわかっていない。たとえば、地球磁気圏尾部では、陽子の温度が電子よりも数倍程度高温であることが観測的に知られているが、それを理論的に説明することはできていない。また、リコネクションによって、熱的プラズマに加えて非熱的な粒子も生成されることが知られているが、熱的プラズマと非熱的なプラズマにどのようにエネルギーが分配されるかも未解決である。本研究では、無衝突プラズマ系でのリコネクションによるエネルギー分配の問題を、地球磁気圏から天体現象までを統一的に理解することを目指して、粒子シミュレーションと磁気圏での衛星観測を用いて調べた。まず粒子シミュレーションにより、昨年までと同様にペア・プラズマからなる磁気リコネクションについて、今年度はガイド磁場の効果についても調査した。基本的な加速効率の性質は、ガイド磁場があってもなくても、初期のプラズマシートの温度が非相対論的な時は、非熱的粒子の加速率は悪いが、相対論的になると非熱的成分が占めるエネルギー密度が大きくなっていくことを確かめた。またガイド磁場の強さを大きくしていくと加速効率は下がるが、弱いガイド磁場の時はガイド磁場がない時よりも非熱的加速が向上することも分かった。また、シミュレーション研究と並行して、磁気圏衛星を用いて、磁気嵐時におけるイオン種ごとの加熱率について調べ、陽子よりも重いイオンのが加熱率が良いことや非熱的成分の生成についてもいくつかの新しい知見を得ることができた。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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