惑星内核と外核の磁気流体相互作用の研究

• 研究課題/領域番号: 25610139
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 気象・海洋物理・陸水学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 竹広 真一 京都大学, 数理解析研究所, 准教授 (30274426)
• 研究分担者: 山田 道夫 京都大学, 数理解析研究所, 教授 (90166736)
• 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: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 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: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: 内核外核境界 / 相変化 / ジュール熱 / ダイナモ過程 / 核マントル境界 / 安定成層 / アルフベン波 / 貫入距離 / ダイナモ作用 / 内核外核相互作用 / 地球磁場 / 地球内核外核境界 / 表面変位

研究成果の概要

惑星内核と外核の磁気流体運動の相互作用を理論的・数値的に調べ,惑星中心核内の流体運動の基本的な性質を解明した. まず, 外核での磁場から内核内部運動への影響の理論的に考察し, 外核からの磁場のジュール熱によって引き起こされる内核中の流れ場を解析的および数値的に求めた. 次に, 外核上部境界直下の安定成層へ下面からの流れ場がどの程度貫入するかを理論的に計算し, 数値計算により貫入距離の理論的表現の正当性を確かめた. さらに, 内核と外核の磁気流体結合数値モデルの数値実験を行い, 内核中の流れ場がジュール熱によって赤道域で下降流, 極域で上昇流が生成される様子を例示した.

研究成果

• [雑誌論文] Bifurcation structure of two-dimensional viscous zonal flows on a rotating sphere (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiichi Sasaki, Shin-ichi Takehiro and Michio Yamada
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 774 ページ: 224-244
  • DOI: 10.1017/jfm.2015.262
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Regeneration cycle and the covariant Lyapunov vectors in a minimal wall turbulence (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanobu Inubushi, Shin-ichi Takehiro, and Michio Yamada
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 92 号: 2 ページ: 023022-023022
  • DOI: 10.1103/physreve.92.023022
  • NAID: 120005672620
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reconstruction of chaotic saddles by classification of unstable periodic orbits: Kuramoto-Sivashinsky equation (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Saiki, Michio Yamada, Abraham C.-L. Chian, Rodrigo A. Miranda and Erico L. Rempel
  • 雑誌名: Chaos 巻: 25 号: 10 ページ: 103123-103123
  • DOI: 10.1063/1.4933267
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of surface displacement on solid state flow induced by horizontally heterogeneous Joule heating in the inner core of the Earth. (2015)
  • 著者名/発表者名: S.Takehiro
  • 雑誌名: Physics of The Earth and Planetary Interiors 巻: 241 ページ: 15-20
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2015.02.003
  • NAID: 120005575265
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Penetration of Alfven waves into an upper stably-stratified layer excited by magnetoconvection in rotating spherical shells. (2015)
  • 著者名/発表者名: S.Takehiro
  • 雑誌名: Physics of The Earth and Planetary Interiors 巻: 241 ページ: 37-43
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2015.02.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Waves and linear stability of magnetoconvection in a rotating cylindrical annulus (2014)
  • 著者名/発表者名: Hori, K., Takehiro, S., and Shimizu, H.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 236 ページ: 16-35
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2014.07.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] A spherical shell numerical dynamo benchmark with pseudo-vacuum magnetic boundary conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Jackson, A., Sheyko,A., Marti, P., Tilgner, A., Cebron, D., Vantieghem, S., Simitev, R., Busse, F., Zhan, X., Schubert, G., Takehiro, S., Sasaki, Y., Hayashi, Y.-Y., Ribeiro, A., Nore, C., Guermond, J.-L.
  • 雑誌名: Geophysical Journal International 巻: 196 号: 2 ページ: 712-723
  • DOI: 10.1093/gji/ggt425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Full sphere hydrodynamic and dynamo benchmarks (2014)
  • 著者名/発表者名: Marti, P., Schaeffer, N., Hollerbach, R., Cebron, D., Nore, C., Luddens, F., Guermond, J.-L., Aubert, J., Takehiro, S., Sasaki, Y., Hayashi, Y.-Y., Simitev, R., Busse, F., Vantieghem, S., Jackson, A.
  • 雑誌名: Geophysical Journal International 巻: 197 号: 1 ページ: 119-134
  • DOI: 10.1093/gji/ggt518
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of latitudinally heterogeneous buoyancy flux conditions at the inner boundary on MHD dynamo in a rotating spherical shell (2013)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, Y., Takehiro, S., Nishizawa, S., Hayashi, Y.-Y.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 223 ページ: 55-61
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.07.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stability and bifurcation diagram of Boussinesq thermal convection in a moderately rotating spherical shell allowing rotation of the inner sphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Kimura, K., Takehiro, S., Yamada, M.
  • 雑誌名: Phys. Fluids 巻: 25 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.4819140
  • 査読あり
• [学会発表] 2D Navier-Stokes equations on a sphere (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamada, M.
  • 学会等名: Naruto Workshop on Vortex Dynamics
  • 発表場所: Hotel Ad Inn Naruto
  • 年月日: 2016-01-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 微生物の運動と帆立貝定理 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田道夫
  • 学会等名: 数学協働プログラム「生命ダイナミクスの数理とその応用：理論からのさらなる深化」
  • 発表場所: 東京大学大学院数理科学研究科大講義室
  • 年月日: 2015-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] 球面上の 2 次元 Navier-Stokes 流 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田道夫
  • 学会等名: 共共拠点研究会 RIMS1963-IMI2013
  • 発表場所: 九州大学マス・フォア・インダストリ研究所
  • 年月日: 2015-12-07
  • 招待講演
• [学会発表] Penetration of steady fluid motions into an outer stable layer excited by MHD thermal convection in a rotating spherical shell (2015)
  • 著者名/発表者名: Takehiro, S., Sasaki, Y.
  • 学会等名: Japan SEDI symposium 2015
  • 発表場所: 東京大学地震研究所
  • 年月日: 2015-09-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Penetration of magneto-hydrodynamic disturbances into a strongly stable outer layer caused by MHD dynamo in a rotating spherical shell (2015)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, Y., Takehiro, S.
  • 学会等名: Japan SEDI symposium 2015
  • 発表場所: 東京大学地震研究所
  • 年月日: 2015-09-25
  • 国際学会
• [学会発表] On extremum statistics in dynamical systems and two dimensional flows (2015)
  • 著者名/発表者名: Takehiro, S., Yamada, M.
  • 学会等名: 8th International Congress on Industrial and Applied Mathematics(ICAIAM)
  • 発表場所: Beijing
  • 年月日: 2015-08-11
  • 国際学会
• [学会発表] Stability of one-directional flow on a rotating sphere (2015)
  • 著者名/発表者名: M.Yamada
  • 学会等名: ICIAM2014
  • 発表場所: Beijing
  • 年月日: 2015-08-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ジュール加熱により引き起こされる地球内核中の流れについて (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹広真一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2015 年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 2015-05-27
• [学会発表] ２次元流の渦力学と帯状流 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田道夫
  • 学会等名: 研究会「渦を知る」
  • 発表場所: 京都大学数理解析研究所
  • 年月日: 2015-04-17
  • 招待講演
• [学会発表] 上層に安定成層を伴う回転球殻中の磁気対流により引き起こされるアル フベン波 (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹広 真一
  • 学会等名: 2014 年日本流体力学会年会
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス
  • 年月日: 2014-09-16
• [学会発表] Influence of surface displacement on fluid motions induced by horizontally heterogeneous Joule heating in the inner core of the earth (2014)
  • 著者名/発表者名: Takehiro, S.
  • 学会等名: The 14th symposium of SEDI
  • 発表場所: 湘南国際村センター
  • 年月日: 2014-08-03 – 2014-08-08
• [学会発表] Propagation of Alfven waves in an outer stably stratified layer excited by MHD thermal convection in a rapidly rotating spherical shell (2014)
  • 著者名/発表者名: Takehiro, S.
  • 学会等名: The 14th symposium of SEDI
  • 発表場所: 湘南国際村センター
  • 年月日: 2014-08-03 – 2014-08-08
• [学会発表] Penetration of magneto-hydrodynamic disturbances into an outer strongly stable layer caused by MHD dynamo in a rotating spherical shell (2014)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, Y., Takehiro, S.
  • 学会等名: The 14th symposium of SEDI
  • 発表場所: 湘南国際村センター
  • 年月日: 2014-08-03 – 2014-08-08
• [学会発表] ジュール加熱により引き起こされる地球内核中の流れに対する表面変位の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹広 真一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2014 年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-30
• [学会発表] 回転円筒内の磁気対流の線形安定性と波動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀 久美子, 竹広 真一, 清水 久芳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2014 年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-28
• [学会発表] Influence of surface displacement on fluid motions induced by horizontally heterogeneous Joule heating in the inner core of the earth
  • 著者名/発表者名: 竹広真一
  • 学会等名: pre-SEDI 2013
  • 発表場所: 湘南国際村センター
  • 招待講演