2013 Fiscal Year Research-status Report
大規模粒子シミュレーションによる科学衛星・極限宇宙プラズマ環境相互作用の研究
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25870421
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
三宅 洋平 神戸大学, システム情報学研究科, 助教 (50547396)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 宇宙飛翔体プラズマ相互作用 / 宇宙プラズマ / 太陽コロナ環境 / 衛星帯電 / プラズマ粒子シミュレーション |
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| Research Abstract |
NASAやJHU/APLが推進する太陽探査衛星Solar Probe Plus（以下SPP）などの将来衛星ミッションに向け、太陽コロナなど極限プラズマ環境中における科学衛星プラズマ相互作用を精確に把握することが必要不可欠である。H25年度は3次元の大規模プラズマ粒子シミュレーションを当問題に適用し、プラズマシース・ウェイクや光電子・二次電子雲形成などプラズマの運動論効果を含めた解析を実施した。これまでに得られた主な成果は次の通りである。
①SPP衛星の近日点である太陽コロナプラズマ中では、光電子放出電流がドミナントであるにも関わらず、衛星は負に帯電する。これは高密度光電子の空間電荷効果により負の電位バリアが形成され、光電子電流量を強く制限するためである。一方、BepiColombo/MMOが到達予定の水星近傍環境では、従前の予測どおり衛星は正に帯電することが確かめられた。②SPP衛星周辺の高密度光電子分布が、太陽風プラズマ中の対流電場の作用により非対称になり、それに伴って衛星搭載電場プローブ位置に数100 mV/mの強いスプリアス電場が発生する。この電場強度は地球近傍環境で良く知られているスプリアス電場の10～100倍である。③SPP衛星から放出される光電子電流により最大数nT程度の局所磁場変動が起こりうる。ただしこれは近日点での背景磁場強度（数uT）に比べると十分に小さい。
これまで人類が経験したことのない極限的なプラズマ環境における衛星プラズマ相互作用を解明したという点で学術的な意義は大きい。いずれの結果も、問題の3次元性やプラズマ運動論効果のために定式化は難しく、数値シミュレーションの活用により定量評価が可能となった事例である。また、将来衛星探査計画の設計や運用に適用できる知見であるという実用的な観点からも意義深い結果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初より2年間の課題実施期間で、①地球放射線帯における波動・粒子および衛星搭載電界センサー間のエネルギー授受の解明、②太陽近傍プラズマ環境における衛星プラズマ相互作用過程の解明、を行うことを計画しており、H25年度はこのうち②をほぼ達成することができた。H25年度に得られた②の研究成果については、海外の研究者との共著による学術論文1本を投稿中であり、また申請者が主著となるもう1本の論文についても近いうちに投稿予定である。このことより、当初設定した「研究の目的」に照らしてもおおむね順調に進展していると自己評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H26年度は、もう一方の課題である①地球放射線帯における波動・粒子および衛星搭載電界センサー間のエネルギー授受の解明、に注力する。この課題は、地球放射線帯探査衛星ERGといった日本で実際に打ち上げが予定される衛星計画と密接に関連した形で進められる。既にERG衛星の波動観測器設計実務者との情報交換など、その実施のための準備はH25年度中に進めてきた。また当該課題を実施するためのスーパーコンピュータ資源がH26年度HPCI課題として採択されている。これに科研費で計算機代を支出予定の計算機資源と合わせると、年度にわたって十分な資源を確保できる見込みである。これらの準備状況から、H26年度も実施計画に基づいてスムーズに課題が遂行できると見込んでいる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
H25年度で得られた研究成果の論文投稿料としておよそ20万円を見込んでいたが、実際には投稿時ではなく採録決定後に出版費として支出することになったため、そのうち一部の支払いはH26年度にずれ込むことになった。またH25年度の研究計画では「宇宙飛翔体・プラズマ間相互作用数値解析ツール高生産性開発のための液晶ディスプレイ」購入のための費用を計上していたが、まだ支出されていない。これは当初の研究計画の中での課題実施順序を変更し、元々H26年度実施予定の内容を前倒しでH25年度中に行ったためである。これに伴い、当初H25年度に予定していた課題はH26年度に実施されることになり、その中で使用予定だったディスプレイもH26年度に購入することとなった。
H25年度で得られた研究成果をまとめた論文を現在投稿中である。この採録が決定した後に論文出版費として、H25年度支出予定だった経費を充てる。また課題実施順序の変更に伴い、H26年度に課題遂行に必要となることになった液晶ディスプレイ購入用に当該経費を支出する計画である。
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