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

1996 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, 所長 (40013643)
• 研究分担者: LEMBEGE B. 仏宇宙科学研究所, 部長 ; SHOLER M. マックスプランク研究所, 研究員 ; MOZER F.S. カリフォルニア大学, 教授 ; ZELENYI L. 露宇宙科学研究所, 部長 ; GOLDSTEIN M. 米国航空宇宙局, 研究員 ; FAIRFIELD D. 米国航空宇宙局, 研究員 ; BAKER D.N. コロラド大学, 大気宇宙空間研究所, 所長 ; SISCOE G.L. ボストン大学, 教授 ; BUCHNER J. マックスプランク研究所, 研究員 ; 羽田 亨 九州大学, 工学部, 助教授 (30218490) ; 町田 忍 京都大学, 理学部, 助教授 (70209469) ; 松本 紘 京都大学, 超高層電波研究センター, 教授 (00026139) ; 藤本 正樹 東京工業大学, 理学部, 助教授 (30242811) ; 前沢 冽 名古屋大学, 理学部, 助教授 (60126901) ; 寺沢 敏夫 東京大学, 理学研究科, 教授 (30134662) ; 国分 征 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (00011502) ; 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 / 遅進衝撃波 / プラズモイド / サブストーム / イオンビーム / 高速プラズマ流 / GEOTAIL衛星

研究概要

科学衛星GEOTAILの観測データの解析を軸に磁気リコネクション過程の詳細な研究が行われ、多くの重要な進展がもたらされた。これらの研究成果は国際的な学術雑誌に掲載ないし投稿中であるが、平成8年11月に金沢市で開催された国際シンポジウム「地球磁気圏尾部研究の新たな展望」や12月のアメリカ地球物理連合大会などの国際的な学会で発表され、大きな反響を呼んだ。以下、その代表的な点を列挙する。
1.プラズモイドにおけるイオンの3次元速度分布関数の中にローブ起源と考えられるビーム成分が存在すること(磁気リコネクションによるプラズモイド形成の証拠)、更にまた、磁気リコネクション発生の近傍と考えられる領域ではnon-gyrotropicな複数のビーム成分の存在が発見され、いずれも計算機シミュレーションで再現することに成功した。これらの結果から、リコネクション領域近傍におけるイオンの運動学的性質が明らかにされた。
2.GEOTAIL衛星と米国のWIND、POLARの両衛星およびロシアのInterball-Tail衛星との国際共同研究によって、磁気圏サブストーム発生にリコネクションが重要な役割を果たしていること示す重要な観測証拠が発見された。すなわち、オーロラが爆発的な発達を始める前から地心距離25Re付近の尾部プラズマシートで磁気リコネクションが開始されるというものである。
3.GEOTAIL衛星による高速プラズマ流の観測結果の統計的解析によって、サブストーム発生に伴う磁気リコネクションが始まる領域は真夜中付近およびそのやや夕方側の20〜30Reの領域のプラズマシートであること、また、その領域が下流に移るにつれて尾部の脇の方向に広がっていくことなどの動的描像が明らかにされた。

研究成果

• [文献書誌] A.Nishida,et al.: "Magnetotail Convection in Geomagnetically Active Times 1. Distance to the Neutral Lines" J.Geomag.Geoelectr.48. 489-502 (1996)
• [文献書誌] A.Nishida,et al.: "Magnetotail Convection in Geomagnetically Active Times 2. Dawn-Dusk Motion in the Plasma Sheet" J.Geomag.Geoelectr.48. 503-514 (1996)
• [文献書誌] D.H.Fairfield,et al.: "Geotail Observations of an Unusual Magnetotail under Very Northward IMF Conditions" J.Geomag.Geoelectr.48. 473-488 (1996)
• [文献書誌] M.Hoshino,et al.: "Evidence of Two Active Reconnection Sites in the Distant Magnetotail" J.Geomag.Geoelectr.48. 515-524 (1996)
• [文献書誌] H.Kawano and A.Nishida: "A Quasi-stagnant Plasmoid Observed with Geotail on October 15,1993" J.Geomag.Geoelectr.48. 525-540 (1996)
• [文献書誌] T.Mukai,et al.: "Structure and Kinetic Properties of Plasmoids and Their Boundary Regions" J.Geomag.Geoelectr.48. 541-560 (1996)
• [文献書誌] S.Kokubun,et al.: "Large Field Events in the Distant Magnetotail during Magnetic Storms" J.Geomag.Geoelectr.48. 561-576 (1996)
• [文献書誌] T.Terasawa,et al.: "On the Determination of a Moving MHD Structure : Minimization of the Residue of Integrated Faraday s Equation" J.Geomag.Geoelectr.48. 603-614 (1996)
• [文献書誌] D.N.Baker,et al.: "A Possible Interpretation of Cold Ion Beams in the Earth's Tail Lobe" J.Geomag.Geoelectr.48. 699-710 (1996)
• [文献書誌] M.Fijimoto,et al.: "Plasma Entry from the Flanks of the Near-Earth Magnetotail : GEOTAIL Observations in the Dawnside LLBL and the Plasma Sheet" J.Geomag.Geoelectr.48. 711-728 (1996)
• [文献書誌] J.Buchner and J.-P.Kuska: "On the Formation of Cup-like Ion Beam Distributions in the Plasma Sheet Boundary Layer" J.Geomag.Geoelectr.48. 781-798 (1996)
• [文献書誌] H.Wiechen,J.Buchner and A.Otto: "Non-Linear Instabilities in the Near-Earth Plasma Sheet-A Two-Dimensional Model with and withuot Near-Earth Field Line Flaring" J.Geomag.Geoelectr.48. 845-856 (1996)
• [文献書誌] Y.Saito,et al.: "Foreshock structure of the slow-mode shocks in the Earth's magnetotail" J.Geophys.Res. 101. 13267-13274 (1996)
• [文献書誌] M.Hoshino,et al.: "Structure of plasma sheet in magnetotail : Double-peaked electric current" J.Geophys.Res. 101. 24775-24786 (1996)
• [文献書誌] H.Shirai and K.Maezawa: "Drop-off of the polar rain flux near the plasma sheet boundary" J.Geophys.Res. 102. 2271-2278 (1997)
• [文献書誌] M.Hirahara and T.Terasawa: "Cold ion streams Consisting of Double Proton Populations and Singly-Charged Oxygen Observed at the Distant Magnetopause by Geotail : A Case Study" J.Geophys.Res. 102. 2359-2372 (1997)
• [文献書誌] M.Fujimoto,et al.: "Highly collimated electron beams in the dawn-flank magnetotail" Phys.Chem.Earth. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] M.Fujimoto,et al.: "Dayside reconnected field lines in the south-dusk near-tail flank during an IMF B_y dominated period" Geophys.Res.Letters. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Terasawa,et al.: "Solar wind control of density and temperature in the near-Earth plasma sheet : WIND-GEOTAIL collaboration" Geophys.Res.Letters. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Mukai and L.M.Zelenyi: "IACG campaign-1 report : initial results" Adv.Space Res.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] M.Fujimoto,et al.: "A GEOTAIL observation of the low-latitude boundary layer" Adv.Space Res.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] H.Matsumoto,et al.: "Plasma waves in the upstream and bow shock regions observed by GEOTAIL" Adv.Space Res.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] H.Shirai and K.Maezawa: "Mono-energetic ion drop-off in the inner magnetosphere" J.Geophys.Res.(印刷中). (1997)