宇宙空間プラズマにおける磁力線リコネクション過程の研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07044105
• 研究機関: 宇宙科学研究所
• 研究代表者: 西田 篤弘 宇宙科学研究所, 教授 (40013643)
• 研究分担者: ZELENYI L. 露宇宙科学研究所, 部長 ; LEMBEGE B. 仏宇宙科学研究所, 主任研究員 ; FAIRFIELD D. 米航空宇宙局, 主任研究員 ; MOZER F.S. カリフォルニア大学, 教授 ; SISCOE G.L. ボストン大学, 教授 ; GOLDSTEIN M. 米航空宇宙局, 主任研究員 ; 羽田 亨 九州大学, 工学部, 助教授 (30218490) ; BAKER D.N. コロラド大学, 大気宇宙空間研究所, 所長 ; SHOLER M. マックスプランク研究所, 主任研究員 ; BUCHNER J. マックスプランク研究所, 主任研究員 ; 町田 忍 京都大学, 理学部, 教授 (70209469) ; 松本 絋 京都大学, 超高層電波研究センター, 教授 (00026139) ; 藤本 正樹 名古屋大学, 理学部, 助手 (30242811) ; 前沢 冽 名古屋大学, 理学部, 助教授 (60126901) ; 寺沢 敏夫 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (30134662) ; 国分 征 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (00011502) ; 中村 正人 東京大学, 理学部, 助教授 (20227937) ; 星野 真弘 宇宙科学研究所, 助教授 (90241257) ; 鶴田 浩一郎 宇宙科学研究所, 教授 (10013682) ; 向井 利典 宇宙科学研究所, 教授 (60013695)
• キーワード: リコネクション / 磁気圏尾部 / 磁気中性線 / slow-mode電磁流体波 / プラズモイド / GEOTAIL衛星 / イオンサイクロトロン波

研究概要

磁気圏観測衛星GEOTAILの観測に基づき、米欧露の研究者と協力して磁気リコネクション過程の研究を行なった。磁気圏尾部内で磁気中性線が形成される場所は地球から約140Reまたは30Re(Reは地球の半径)の距離にある。磁場とプラズマの高分解観測によってリコネクション領域がslow modeの電磁流体衝撃波によってはさまれていることが確認された。上流のイオンのピッチ角が次第に広がり、下流の温かいイオンに変化して行く様子も観測された。衝撃波から下流にかけての遷移領域では、理論的予想に反して左まわり偏波は観測されず右まわりが観測される例がある。これは入射イオンと反射イオンとの相互作用によって生成されたイオンサイクロトロン波が上流から流されているのではないかと思われるが、エネルギー散逸過程の詳細は今後の課題である。プラズモイドにともなう高速流の前面においては、slow mode shockの波面は予想どおりハート型の形状を示す。プラズマシート内部のイオンのピッチ角分布は磁気中性線からの距離とともに変化する。リコネクトされた磁力線が後続の高速流によって圧縮されているところでは、非常に大きな南向き磁場にともなってcounterstreamする二つのイオンビームが同時に観測される。これは数値シミュレーションの予想どおりの結果である。また、プラズマシートを構成するイオンの熱エネルギーは運動エネルギーの約0.4倍より高い。これはslow mode shockによる加速・加熱から期待される限界値と一致している。イオン温度とβ値の関係も、磁気リコネクションにともなうslow mode shockの理論とよい一致を示す。さらにアメリカのWIND衛星およびロシアのInter ball衛星との共同観測によって、リコネクション発生条件やリコネクション領域の三次元構造の研究をすすめている。

研究成果

• [文献書誌] A.Nishida: "The GEOTAIL Mission" Geophys.Res.Lett.21. 2871-2874 (1994)
• [文献書誌] A.Nishida.et al.: "Transition From Slow Flow to Fast Tailward Flow in the Distant Plasma Sheet" Geophys.Res.Lett.21. 2939-2942 (1994)
• [文献書誌] A.Nishida.et al.: "Classification of the Tailward Drifting Magnetic Structures in the Distant Tail" Geophys.Res.Lett.21. 2947-2950 (1994)
• [文献書誌] A.Nishida.et al.: "Structure of Neutral Sheet in the Distant Tail (x=-210R_e) in Geomagnetically Quiet Times" Geophys.Res.Lett.21. 2951-2954 (1994)
• [文献書誌] F.S.Mozer,et al.: "Direct Entry of Dense Flowing Plasmas into the Distant Tail Lobes" Geophys.Res.Lett.21. 2959-2962 (1994)
• [文献書誌] F.S.Mozer,et al.: "The Morningside Low-Latitude Boundary Layer as Determined From Electric and Magnetic Field Measurements on GEOTAIL." Geophys.Res.Lett.21. 2983-2986 (1994)
• [文献書誌] G.L.Siscoe.L.A.Frank.K.L.Ackerson.W.R.Paterson: "Irregular Long-Period Boundary Oscillations Beyond〜100R_E : GEOTAIL Plasma Observations" Geophys.Res.Lett.21. 2979-2982 (1994)
• [文献書誌] H.Matsumoto,et al.: "Electrostatic Solitary Waves (ESW) in the Magnetotail : BEN Wave Forms Observed by GEOTAIL" Geophys.Res.Lett.21. 2915-2918 (1994)
• [文献書誌] M.Fujimoto.M.Nakamura: "Acceleration of Heavy Ions in the Magnetotail Reconnection Layer" Geophys.Res.Lett.21. 2955-2958 (1994)
• [文献書誌] M.Hoshino,A.Nishida,T.Yamamoto,S.Kokubun: "Turbulent Magnetic Field in the Distant Magnetotail : Bottom-Up Process of Plasmoid Formation?" Geophys.Res.Lett.21. 2935-2938 (1994)
• [文献書誌] S.Machida.et al.: "Plasma Distribution Functions in the Earths Magnetotail (X_<GSM>〜-42Re) at the Time of a Magnetospheric Substorm : GEOTAIL/LEP Observation." Geophys.Res.Lett.21. 1027-1030 (1994)
• [文献書誌] S.Machida.et al.: "GEOTAIL Low energy Particle and Magnetic Field Observations of a Plasmoid at X_<GSM>=-142R_E" Geophys.Res.Lett.21. 2995-2998 (1994)
• [文献書誌] T.Mukai.et al.: "GEOTAIL Observation of Cold Ion Streams in the Medium Distance Magnetotail Lobe in the Course of a Substorm" Geophys.Res.Lett.21. 1023-1026 (1994)
• [文献書誌] S.Kokubun.et al.: "Quasi-Periodic Oscillations of the Magnetopause during Northward Sheath Magnetic Field" Geophys.Res.Lett.21. 2883-2886 (1994)
• [文献書誌] K.Tsuruda.et al.: "Electric Field Measurements on the GEOTAIL Satellite" J.Geomag.Geoelectr.46. 693-711 (1994)
• [文献書誌] M.Fujimoto,et al.: "Structure of the low-latitude boundary layer A GEOTAIL observation" J.Geophys.Res.in press. (1996)
• [文献書誌] T.Mukai,et al.: "The Low Energy Particle (LEP) Experiment Onboard the GEOTAIL Satellite" J.Geomag.Geoelectr.46. 669-692 (1994)
• [文献書誌] A.Nishida.et al.: "GEOTAIL Observation of Magnetospheric Convection in the Distant Tail at 200Re in Quiet Times" J.Geophys.Res.18. 23663-23675 (1995)
• [文献書誌] A.Nishida.et al.: "GEOTAIL Observations on the Reconnection Process in the Distant Tail in Geomagnetically Active Times" J.Geomag.Geoelectr.22. 2453-2456 (1995)
• [文献書誌] M.Fujimoto,et al.: "Plasma Entry From the Flanks of the Near-Earth Magnetotail : GEOTAIL Observations in the Dawnside LLBL and Plasma Sheet" J.Geomag.Geoelectr.(in press). (1996)
• [文献書誌] T.Mukai.et al.: "Structure and Kinetic Properties of the Plasmoid and its Boundary Region" J.Geomag.Geoelectr.(submitted). (1996)
• [文献書誌] T.Terasawa,et al.: "On the Determination of Moving MHD Structure : Minimization of the Residue of Integrated Faraday's Equation" J.Geomag.Geoelectr. (in press). (1996)
• [文献書誌] A.Nishida,T.Mukai.T.Yamamoto,Y.Saito,S.Kokubun: "Magnetotail Convection in Ceomagnetically Active Times 1,Dawn-Dusk Motion in the Plasma Sheet." J.Geomag.Geoelectr. (in press). (1996a)
• [文献書誌] Terasawa.et al.: "On the determination of a moving MHD structure : Minimization of the residue of integrated Faraday's equation" J.Geomag.Geoelectr. (in press). (1996)
• [文献書誌] A.Nishida.T.Mukai.T.Yamamoto.Y.Saito.S.Kokubun: "Magnetotail Convection in Geomagnetically Active Times 2.Dawn-Dusk Motion in the Plasma Sheet" Geomag.Geoelectr.(in press). (1996)
• [文献書誌] D.H.Fairfield.et al.: "GEOTAIL Observations of an Unusual Magnetotail Under Very Northward IMF Conditions" J.Geomag.Geoelectr.(in press). (1996)
• [文献書誌] M.Hoshino.T.Mukai.A.Nishida.T.Yamamoto.S.Kokubun: "Evidence of Two Active Reconnection Sites in Distant Magnetotail" J.Geomag.Geoelectr.(in press). (1996)
• [文献書誌] S.Kokubun.et al.: "Large Field Events in the Distant Magnetotail During Magnetic Storms" J.Geomag.Geoelectr.(in press). (1996)