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2012 Fiscal Year Research-status Report

太陽風中の非磁化天体の形成する電磁環境の研究

Research Project

Project/Area Number 24540480
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionTohoku Institute of Technology

Principal Investigator

中川 朋子  東北工業大学, 工学部, 教授 (40222161)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywordsウェイク / 太陽風 / イオン / 電場 / 加速 / 熱速度 / かぐや / MAP/LMAG
Research Abstract

月のように誘電体で構成され固有磁場を持たない障害物に太陽風が吹きつけた場合、プラズマのほとんどが表面で吸着され、下流にはウェイクと呼ばれるプラズマ密度の薄い領域ができる。近年の月周回衛星観測によってウェイク中でも月にごく近い場所でイオンが検出され、ウェイクへのイオンの侵入過程に注目が集まっていた。ウェイクへのイオンの侵入を考える際には、真空中へのプラズマ流入の理論、特に電気的中性を仮定した自己相似解が良く使われてきたが、この理論ではイオンの侵入限界であるion frontは形成されず、近距離へのイオンの侵入を扱うには適切ではなかった。本研究では、電気的中性を仮定しない2次元粒子シミュレーションを用い、太陽風速度・電子熱速度・プロトン熱速度を変えて数値実験を行うことによって、ウェイク中の負の電位によるプロトンの加速が、太陽風の遅い場合には十分時間をかけて行われるため、プロトンは障害物から近い距離でウェイク中心に向かう速度を持ち、真空領域を早く埋めることを示した。観測的には、月近傍でのイオンの検出は太陽風速度が遅いときに起こると予想される。
一方、かぐや衛星による月周辺のプラズマ観測では、ごく一部の太陽風プロトンが月面で反射され、太陽風磁場に捉えられて夜側ウェイク中に回り込んでくることが知られていたが、この粒子がたてたと思われる0.1-10Hzの波がかぐや衛星搭載磁力計MAP/LMAGによって発見された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

天体のスケールに対しデバイ長が小さい場合のシミュレーションは順調に進行している。夜側ウェイク中に回り込んだイオンの立てる波の発見は予想外の成果であり、この解析を、2次元シミュレーションへの光電子の導入に優先している。

Strategy for Future Research Activity

当初予定通り、デバイ長と天体半径の比をさらに62倍とした実験を進め、電場構造に対するスケール比の影響(帯電の影響が相対的に小さくなるか)を調査するとともに、得られた電場構造が、かぐや衛星によって観測された夜側電位構造や、極域における電子密度の上昇を矛盾なく説明できるかを調べる。
これと並行して、これまでのシミュレーションに入れていなかった光電子の効果を入れるためのコード開発に着手する。昼側月面からの光電子は昼夜境界の電場を強める方向にあり、現状を根本的に変える効果は無いと予想している。現在計算領域の端から注入している太陽風粒子とは別に、月面から電子を注入できるようにする。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

他の外部資金を頂くことができたため旅費の支出を低く抑えることができた。円高が進行し海外論文誌の出版費が上がってきていることを鑑み、論文出版費と成果発表旅費に申請時の予定よりも経費がかかる見込みである。

  • Research Products

    (5 results)

All 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Ion entry into the wake behind a nonmagnetized obstacle in the solar wind: Two-dimensional particle-in-cell simulations2013

    • Author(s)
      Nakagawa, T.
    • Journal Title

      J. Geophys. Res.

      Volume: 118 Pages: 未定

    • DOI

      doi:10.1002/jgra.50129

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Large-amplitude monochromatic ULF waves detected by Kaguya at the moon2012

    • Author(s)
      Nakagawa, T., A. Nakayama, F. Takahashi, H. Tsunakawa, H. Shibuya, H. Shimizu, and M. Matsushima
    • Journal Title

      J. Geophys. Res.

      Volume: 117 Pages: A04101

    • DOI

      doi:10.1029/2011JA017249

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Magnetic fluctuations detected by Kaguya nightside of the moon2013

    • Author(s)
      T. Nakashima, T. Wada, T. Nakagawa, F. Takahashi, H. Tsunakawa, H. Shibuya, H. Shimizu, M. Matsushima
    • Organizer
      SELENE Symposium 2013
    • Place of Presentation
      神奈川, 宇宙科学研究所
    • Year and Date
      20130123-20130123
  • [Presentation] 太陽風と無磁場天体との相互作用:ウェイクへのイオンの侵入過程2012

    • Author(s)
      中川朋子
    • Organizer
      第132回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • Place of Presentation
      札幌,札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      20121022-20121022
  • [Presentation] 2次元粒子シミュレーションで見た太陽風中の障害物下流のウェイクへのプラズマの侵入2012

    • Author(s)
      中川朋子
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2012年大会
    • Place of Presentation
      千葉, 幕張メッセ国際会議場
    • Year and Date
      20120520-20120520

URL: 

Published: 2014-07-24  

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