太陽圏終端衝撃波のミクロ～メゾスケール構造と粒子加速

• 研究課題/領域番号: 25400479
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 松清 修一 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (00380709)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 太陽圏終端衝撃波 / 粒子加速 / 数値シミュレーション / ピックアップイオン / 終端衝撃波 / 非熱的粒子加速 / 波動粒子相互作用 / リップル / PIC計算 / 太陽圏外縁 / 準垂直衝撃波 / 衝撃波ドリフト加速 / リップル構造 / 不安定性 / 高ベータ値 / フル粒子シミュレーション

研究成果の概要

無衝突プラズマの第一原理計算であるフル粒子シミュレーションを用いて太陽圏終端衝撃波を再現し、遷移層のミクロ～メゾスケール構造およびその粒子加速過程への寄与を明らかにした。
イオン加速については、従来、終端衝撃波で加速される宇宙線異常成分の初期加速機構として、衝撃波サーフィン加速モデルが最有力視されてきたが、ピックアップイオンの影響を陽に考慮することで同加速モデルが働かなくなること、代わりに衝撃波ドリフト加速が働く可能性が高いことを示した。これまでほとんど議論されなかった電子加速については、遷移層のマルチスケール構造を介した波動粒子相互作用が非熱的電子の生成に寄与することを示した。

研究成果

• [国際共同研究] International Space Science Institute(Switzerland)
• [国際共同研究] IRAP(France)
• [国際共同研究] Max-Planck-Institut(Germany)
• [国際共同研究] Queen Mary University of London/University of York(United Kingdom)
• [国際共同研究] Princeton University/University of Arizona/Naval Research Laboratory(米国)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Local interactions between collisionless shock and plasma: Waves, multi-scale physics, particle acceleration/heating (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res. 巻: 92 ページ: 87-92
  • NAID: 110010042508
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electron Acceleration at a High Beta and Low Mach Number Rippled Shock (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, Y. Matsumoto
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 巻: 642 ページ: 012017-012017
  • DOI: 10.1088/1742-6596/642/1/012017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simulation of pickup ion mediated quasi-perpendicular shocks: implications for the heliospheric termination shock (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, M. Scholer
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 119 号: 4 ページ: 2388-2399
  • DOI: 10.1002/2013ja019654
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Full Particle-In-Cell simulation of two colliding shocks (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Nakanotani, S. Matsukiyo, T. Hada
  • 雑誌名: Proc. The 12th Asia Pacific Physics Conference 巻: 2
  • DOI: 10.7566/jpscp.1.015103
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simulations of pickup ion mediated quasi-perpendicular shocks: implications for the heliospheric termination shock (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, M. Scholer
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 119
  • 査読あり
• [学会発表] Electron scale instabilities in the foot of a perpendicular shock (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, T. Umeda
  • 学会等名: AGU fall meeting 2015
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 2015-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Electron acceleration in shock-shock interaction: Simulations and observations (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Nakanotani, S. Matsukiyo, C. Mazelle, T. Hada
  • 学会等名: AGU fall meeting 2015
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 2015-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] 無衝突衝撃波遷移層での微視的不安定性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松清修一
  • 学会等名: H27年度名古屋大学太陽地球環境研究所共同研究集会「STEシミュレーション研究会 -エクサスケールに向けて–」
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 2015-09-28
• [学会発表] PIC Simulation of High Beta and Low Mach Number Astrophysical Shocks: Microstructures and Electron Acceleration (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 学会等名: 5th East-Asia School and Workshop on Laboratory Space and Astrophysical plasmas
  • 発表場所: Korea
  • 年月日: 2015-08-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 無衝突衝撃波遷移層における微視的不安定性の多次元実パラメータ計算 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松清修一、梅田隆行、荻野正雄
  • 学会等名: 名古屋大学HPC 計算科学連携研究プロジェクト成果報告シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2015-06-03
• [学会発表] 高ベータ低マッハ数衝撃波における電子加速 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松清修一、松本洋介
  • 学会等名: JpGU meeting 2015
  • 発表場所: 千葉市
  • 年月日: 2015-05-24
• [学会発表] 衝撃波-衝撃波相互作用における粒子加速のモデル化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中野谷賢、松清修一、羽田亨
  • 学会等名: JpGU meeting 2015
  • 発表場所: 千葉市
  • 年月日: 2015-05-24
• [学会発表] Electron acceleration at a high beta shock (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 学会等名: 14th Annual International Astrophysics Conference
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 2015-04-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Microphysics of a multidimensional high beta low Mach number shock (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, Y. Matsumoto
  • 学会等名: AGU fall meeting 2014
  • 発表場所: Moscone center, USA
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [学会発表] Reformation and microinstabilities at perpendicular collisionless shocks (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Umeda, Y. Kidani, S. Matsukiyo, R. Yamazaki
  • 学会等名: AGU fall meeting 2014
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [学会発表] 実験室宇宙物理学における協同トムソン散乱計測 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 学会等名: 平成26年度SGEPSS波動分科会小研究集会「プラズマ波動理論の新展開」
  • 発表場所: 宇治市
  • 年月日: 2014-12-05
• [学会発表] 近接・衝突する二つの衝撃波における粒子加速 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野谷賢、松清修一、羽田亨
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] 高ベータ低マッハ数衝撃波の多次元構造と粒子加速 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, Y. Matsumoto
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] 無衝突衝撃波の実験的研究に向けたプラズマ計測法の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第136回講演会
  • 発表場所: 松本市
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] 衝突する二つの斜め衝撃波の数値実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野谷賢、松清修一、羽田亨
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第136回講演会
  • 発表場所: 松本市
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] 垂直衝撃波における再形成と微視的不安定性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梅田隆行, 木谷佳隆, 松清修一
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第136回講演会
  • 発表場所: 松本市
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] 非平衡プラズマにおける協同トムソン散乱：高強度レーザー実験への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤野亮佑, 松清修一, 羽田 亨
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第136回講演会
  • 発表場所: 松本市
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] 無衝突衝撃波の実験的研究：ジャンプ条件の検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 久保聡一朗, 松清修一, 羽田 亨
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第136回講演会
  • 発表場所: 松本市
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] PIC simulation of heliospheric termination shock (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 学会等名: Taiwan-Japan Workshop 2014: Laboratory Astrophysics with Ultra Intense Lasers
  • 発表場所: Taiwan
  • 年月日: 2014-10-16 – 2014-10-17
  • 招待講演
• [学会発表] 無衝突プラズマの実験的研究におけるプラズマ計測法の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松清修一, 富田 健太郎, 羽田 亨
  • 学会等名: 2013年度ICSWSE共同研究報告会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 2014-08-11
• [学会発表] Numerical Experiment of Two Colliding Shocks (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Nakanotani, S. Matsukiyo, T. Hada
  • 学会等名: AOGS 11th Annual Meeting
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] 2D Structure of a High Beta Shock and the Associated Particle Acceleration (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, Y. Matsumoto
  • 学会等名: AOGS 11th Annual Meeting
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] 無衝突衝撃波遷移層における微視的不安定性の多次元実パラメータ計算 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 学会等名: 名古屋大学HPC 計算科学連携研究プロジェクト成果報告シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2014-05-13
• [学会発表] 近接・衝突する二つの斜め衝撃波：衝撃波構造、粒子加速 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野谷賢、松清修一、羽田亨
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2015
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] レーザー実験を用いた無衝突衝撃波研究の現状と課題 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, K. Tomita, T. Morita, R. Yamazaki
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2015
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] 激光XII 号レーザーを用いた無衝突衝撃波の実験的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, Y. Sakawa, T. Ishikawa, Y. Yamaura, T. Sano, T. Moritaka, K. Tomita, R. Shimoda, Y. Sato, S. Matsukiyo, S. Isayama, D. Harada, T. Oyama, R. Fujino, Y. Kuramitsu, H. Yoneda, K. Nagamine, M. Koenig, R. Yorchak
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2015
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] 大型レーザーを用いた無衝突ワイベル衝撃波の生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakawa, T. Morita, Y. Kuramitsu, T. Kato, T. Moritaka, T. Sano, K. Tomita, S. Matsukiyo, N. Ohnishi, A. Mizuta, N. Woolsey, G. Gregori, M. Koenig, A. Spitkovsky, C. Huntington, N. L. Kugland, J. S. Ross, H-S. Park, B. Remington, H. Takabe
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2015
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] 高ベータ無衝突衝撃波の２次元構造と粒子加速に関するフル粒子計算 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, Y. Matsumoto
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2015
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] Microstructure of shock transition region in space and laboratory plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 学会等名: International Space Science Institute (ISSI) team meeting
  • 発表場所: ISSI (Switzerland)
• [学会発表] Collisionless shocks in magnetized and unmagnetized plasmas: PIC simulation and laser experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 学会等名: Japan-US Workshop on Laboratory astrophysics -Collisionless shock experiment using high-power laser systems-
  • 発表場所: Osaka Univ. (Osaka)
  • 招待講演
• [学会発表] 低マッハ数衝撃波における相対論的電子加速 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松清修一
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理学研究会2013
  • 発表場所: パレス松洲（宮城県松島町）
• [学会発表] 室内および数値実験による無衝突衝撃波の研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松清修一
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第134回講演会
  • 発表場所: 高知大学（高知市）
• [学会発表] 近接・衝突する二つの斜め衝撃波における粒子加速 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中野谷賢、松清修一、羽田亨
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第134回講演会
  • 発表場所: 高知大学（高知市）
• [学会発表] 高マッハ数無衝突衝撃波生成の理論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松清修一
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島市）
  • 招待講演
• [学会発表] Full Particle-In-Cell Simulation of Two Colliding Shocks (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nakanotani, S. Matsukiyo, T. Hada
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: Makuhari Messe (Chiba)
• [学会発表] PIC simulations of the termination shock (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo
  • 学会等名: 8th European Workshop on Collisionless Shocks
  • 発表場所: Institut d'Astrophysique de Paris (France)
  • 招待講演
• [学会発表] 終端衝撃波における電子加速 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松清修一, M. Scholer
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉市）
• [学会発表] 複数の衝撃波による粒子加速の数値実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中野谷賢、羽田亨、松清修一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉市）
• [学会発表] PIC simulations on the termination shock: Microstructure and electron acceleration (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, M. Scholer
  • 学会等名: 2013 Meeting of the Americas
  • 発表場所: Cancun Center (Mexico)
  • 招待講演
• [学会発表] Burst of reflected electrons in nonstationary quasi-perpendicular shocks (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Matsukiyo, M. Scholer
  • 学会等名: 2013 Meeting of the Americas
  • 発表場所: Cancun Center (Mexico)
• [備考] 九州大学研究者情報
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K002597/research.html
• [備考] ISSI international team HP
  • URL: http://www.issibern.ch/teams/partaccelhelio/toppage.html
• [備考]
  • URL: http://www.esst.kyushu-u.ac.jp/~space/matsukiyo/res_shock.html
• [備考]
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K002597/research.html
• [備考] 九州大学研究者情報
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K002597/research.html