自発的高速磁気再結合モデルの電磁流体・粒子計算機シミュレーション

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11440146
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 鵜飼 正行 愛媛大学, 工学部, 教授 (10036444)
• 研究分担者: 近藤 光志 愛媛大学, 工学部, 助手 (30304653) ; 村田 健史 愛媛大学, 工学部, 講師 (20274342) ; 清水 徹 愛媛大学, 工学部, 助教授 (60196524) ; 大村 善治 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 教授 (50177002) ; 松本 紘 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 教授 (00026139)
• キーワード: 磁気リコネクション / 電磁流体 / 計算機シミュレーション / 磁気圏サブストーム / 太陽フレア / 宇宙プラズマ / 異常電気抵抗 / 衝撃波

研究概要

今年度は本研究の最終年度に当たり、既に購入したグラフィックスシステムとファイルサーバシステムを有効に活用し、多くの研究成果が得られている。まず、精密な三次元電磁流体シミュレーションコードを開発し、種々のグラフィックス出力を可能にする三次元可視化ツールを開発した。これにより、(微視的)電流駆動型異常抵抗と(巨視的)リコネクション流との正帰還によって、一種の非線型不安定性として爆発的に高速磁気再結合機構が発展しうることを、多くのパラメータに対するシミュレーションによって実証し、自発的高速磁気再結合モデルの有用性を示した。特に、基本的形状に対して精密な三次元電磁流体シミュレーションを実行し、大規模な磁気ループが発展しうることを自発的高速磁気再結合モデルを用いて実証した。この場合、磁気再結合ジェットは三次元的に限定された範囲で超音速になり、磁気ループと衝突することによりファーストショックがループ前面に発生する。超音速流は磁気ループ前面に向かって(三次元的に)収束し、その結果ファーストショックは空間的に局在されることがわかった。このような三次元磁気ループ構造を精密に調べたのは本研究が最初であり、磁気圏サブストームにおける磁場ダイポール化現象や太陽フレアにおけるループ加熱現象の解明に重要になる。更に、微視的電流駆動型不安定性を考慮したより現実的な異常電気抵抗モデルを用いて、自発的高速磁気再結合機構の三次元的構造を詳細に調べた。その結果、一般的三次元形状においても自発的高速磁気再結合モデルが有効であることを実証し、それに伴うスローショックやプラズモイド伝搬の三次元構造の詳細を初めて明らかにした。その結果、我々が提唱する自発的高速磁気再結合モデルが、宇宙プラズマカタストロフィ現象の基本的物理機構に最も適切であることを議論した。

研究成果

• [文献書誌] T.Shimizu, M.Ugai: "Magnetohydrodynamic study of adiabatic supersonic and subsonic expansion accelerations in spontaneous fast magnetic reconnection"Phys. Plasmas. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] M.Ugai, K.Kondoh, T.Shimizu: "Computer simulations on three-dimensional magnetic loop dynamics by the spontaneous fast reconnection"Phys. Plasmas. 印刷中). (2003)
• [文献書誌] K.Kondoh, M.Ugai: "Computer simulations of flux transfer event : Effect of solar wind flow"Adv. Space Res.. Vol.29, No.7. 1119-1124 (2002)
• [文献書誌] T.Shimizu, M.Ugai: "Superfast expansion acceleration mechanism in the spontaneou fast magnetic reconnection"Adv. Space Res.. Vol.29, No.7. 1081-1086 (2002)
• [文献書誌] M.Ugai, K.Kondoh, T.Shimizu: "Computer simulations on magnetic field depolarization by the spontaneous fast reconnection model"Proceedings of the ICS-6, Seattle. 217-224 (2002)
• [文献書誌] M.Ugai, T.Shimizu: "Computer studies on the spontaneous fast reconnection evolution in a force-free current sheet system"Phys. Plasmas. Vol.95, No.1. 816-823 (2002)