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2020 Fiscal Year Research-status Report

宇宙線の加速・輸送における太陽圏境界の役割の解明

Research Project

Project/Area Number 19K03953
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

松清 修一  九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (00380709)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords太陽圏境界 / 宇宙線 / 粒子加速・輸送 / 微物理特性 / MHD計算 / フル粒子計算 / テスト粒子計算
Outline of Annual Research Achievements

3次元MHD計算データ(時間定常モデル)と組み合わせたテスト粒子計算により、銀河宇宙線の太陽圏内への侵入、輸送過程を昨年度から継続して調査した。内部境界(太陽から50AUの球面)に到達した粒子の軌道パターンをエネルギーごとに分類し、Journal論文にまとめて投稿中である。また、コードを並列化して到達粒子の統計量を評価できるようにした。(当初計画課題Cに相当)
昨年度開発した、1AUでの日ごとの太陽風情報を入力とした時間非定常3次元MHD計算コードのチューニングを進めた。本計算で用いる1AUでのOMNIデータは地球近傍でのものである。実際の計算ではこれをもとに、内部境界のパラメータを微調整しながらボイジャーのデータと比較し、終端衝撃波や太陽圏界面の位置をモニターしつつ最適となるパラメータを探す作業を丹念に行う必要があり、現在これを継続中である。(当初計画課題Aに相当)
2次元PIC計算により、ピックアップイオンの影響を考慮した終端衝撃波の構造を調べた。ピックアップイオンの相対密度を0,20%,60%と上げると、衝撃波面に沿ったリップル構造の空間スケールが小さくなること、衝撃波下流の乱流場の振幅が衝撃波面からの距離に応じて大きくなることなどを確認した。こうした振る舞いは、衝撃波遷移層でのプラズマの実効的な温度異方性の度合いに応じて、励起される不安定性の特徴が変化することによっていることが分かった。(当初計画課題Bに相当)

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2次元PIC計算(当初計画課題B)では垂直衝撃波(衝撃波面法線方向と上流磁場のなす角が垂直な衝撃波)の議論にとどまった。当初は斜め衝撃波の計算も進める予定であったが、コロナ禍による講義のオンライン化などの業務に時間を要したため遅れが生じた。一方、使用予定であった旅費の大部が未使用となったため、これを財源として研究員を雇用し人的資源を投入することで遅れた分の研究を最終年度に推進する。

Strategy for Future Research Activity

当初計画課題AとCについて、研究計画に沿って進めていく。MHD計算では、OMNIデータの取り込み手法を確立し、ボイジャーのデータとの整合性を確認した上で、広大な太陽圏の中で粒子加速現場となり得る領域を同定する。宇宙線侵入過程のテスト粒子計算では、最終的に地球に到達する粒子の統計を広いエネルギー範囲にわたって議論する。
当初計画課題Bについて、フル粒子計算では、斜め衝撃波の2次元計算を本格化し、ピックアップイオンの加速機構を明らかにする。
研究を総括し、太陽圏境界領域の微物理特性の整理、ピックアップイオンの加速機構のモデル化、および銀河宇宙線の輸送モデルの構築を行う。

Causes of Carryover

コロナ禍で、使用予定であった旅費の大部が未使用となった。一方、コロナによる講義のオンライン化などの業務に時間を要したため研究計画の一部に若干の遅れが生じている(項目7)。そのため、未使用分の財源で研究員を雇用し人的資源を投入することで遅れた分の研究を推進する。

  • Research Products

    (13 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Alabama in Huntsville(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of Alabama in Huntsville
  • [Journal Article] PIC Simulations of Microinstabilities and Waves at Near-Sun Solar Wind Perpendicular Shocks: Predictions for Parker Solar Probe and Solar Orbiter2020

    • Author(s)
      Yang Zhongwei、Liu Ying D.、Matsukiyo Shuichi、Lu Quanming、Guo Fan、Liu Mingzhe、Xie Huasheng、Gao Xinliang、Guo Jun
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 900 Pages: L24~L24

    • DOI

      10.3847/2041-8213/abaf59

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Parametric instabilities in a two ion species plasma as a driver of super Alfvenic waves2020

    • Author(s)
      Matsukiyo S.
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 1620 Pages: 012013~012013

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1620/1/012013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mildly relativistic magnetized shocks in electron ion plasmas: I. Electromagnetic shock structure2020

    • Author(s)
      Ligorini Arianna、Niemiec Jacek、Kobzar Oleh、Iwamoto Masanori、Bohdan Artem、Pohl Martin、Matsumoto Yosuke、Amano Takanobu、Matsukiyo Shuichi、Esaki Yodai、Hoshino Masahiro
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 501 Pages: 4837~4849

    • DOI

      10.1093/mnras/staa3901

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 地球フォアショックULF 波動による高エネルギーイオンの拡散過程2021

    • Author(s)
      松清修一、大塚史子、Arpad Kis
    • Organizer
      令和2 年度ISEE 合同研究集会「太陽地球環境と宇宙線モジュレーション」、「惑星間空間プ ラズマにおける波動現象」
    • Invited
  • [Presentation] ボイジャー観測を用いた太陽圏ヘリオポーズ構造のMHD 解析2021

    • Author(s)
      鷲見治一、田中高史、松清修一
    • Organizer
      令和2 年度ISEE 合同研究集会「太陽地球環境と宇宙線モジュレーション」、「惑星間空間プ ラズマにおける波動現象」
  • [Presentation] 銀河宇宙線の太陽圏侵入過程に関する研究2021

    • Author(s)
      吉田光太郎、松清修一、鷲見治一、羽田亨
    • Organizer
      令和2 年度ISEE 合同研究集会「太陽地球環境と宇宙線モジュレーション」、「惑星間空間プ ラズマにおける波動現象」
  • [Presentation] 銀河宇宙線の太陽圏侵入過程の数値実験2021

    • Author(s)
      松清 修一, 吉田 光太郎, 下川 啓介, 鷲見 治一, 羽田 亨
    • Organizer
      令和2年 名古屋大学宇宙地球環境研究所 研究集会 / 第443回 生存圏シンポジウム
  • [Presentation] Heliospheric boundary: Kinetic structure, cosmic ray property2020

    • Author(s)
      S. Matsukiyo, K. Yoshida, K. Shimokawa, H. Washimi, G. P. Zank, M. Scholer, T. Hada
    • Organizer
      4th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 銀河宇宙線の太陽圏侵入過程に関するシミュレーション研究2020

    • Author(s)
      吉田光太郎; 松清修一; 鷲見治一; 羽田亨
    • Organizer
      第148回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • [Presentation] Experimental investigations on the shock self-reformation2020

    • Author(s)
      S. Matsukiyo
    • Organizer
      Workshop on Laboratory Astrophysics: Novel Development in Nonlinear Plasma Physics with Lasers
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Kinetic properties of heliospheric boundary2020

    • Author(s)
      S. Matsukiyo, K. Yoshida, K. Shimokawa, H. Washimi, G. P. Zank, M. Scholer, T. Hada
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2020
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Invading process of galactic cosmic rays into the heliosphere2020

    • Author(s)
      Kotaro Yoshida, Kesuke Shimokawa, Shuichi Matsukiyo, Haruichi Washimi and Tohru Hada
    • Organizer
      4th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2021-12-27  

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