Hall-MHDシミュレーションを用いた磁気圏-電離圏-熱圏結合の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640448
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 品川 裕之 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教授 (00262915)
• 研究分担者: 荻野 瀧樹 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (00109274) ; 野澤 悟徳 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教授 (60212130) ; 藤井 良一 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (00132712)
• キーワード: Hall-MHDシミュレーション / 磁気圏 / 電離圏 / 熱圏 / 電気伝導度 / 電場 / 沿磁力線電流 / 熱圏中性風

研究概要

熱圏-電離圏-磁気圏結合をより良く理解するためには、全システムの相互作用を取り入れたシミュレーションコードの開発が必須である。本課題の目的は、このようなシミュレーションコードを開発し、熱圏-電離圏-磁気圏結合過程の理解を深めることである。本年度は、太陽風-磁気圏結合の中でも特に重要な機構の一つである、地球磁気圏前面の境界面における無衝突プラズマ中の磁気リコネクションの物理特性を理解するために、惑星間空間磁場の南北成分が定常的に南を向いている場合に、リコネクションが起きている領域でどのような磁場、及び電流系が作り出されるかという問題について研究を行った。特にHall効果に重点をおいて通常のMHDシミュレーションとの比較を行いつつ研究を行った。
冷たいプラズマによって構成される電離圏のエレクトロダイナミクスの研究に用いられたシミュレーションコードに改良を加え、磁気リコネクションに適用した。通常のMHDシミュレーションで再現される磁場、電流、そして電場のプロファイルと、Hall-MHDシミュレーシヨンから得られるこれらの物理量とは大きく様子が異なっており、リコネクション面を貫くHall磁場、及びそれとコンシステントな面内を流れるHall電流を再現することができた。そしてそれらのHall効果と、電子とイオンの運動との関連を定量的に評価することができた。Hall-MHDシミュレーションの場合、リコネクション領域において、つなぎ替わった磁力線の磁気張力は、通常のMHDシミュレーションの場合より大きく、圧力勾配力についてはMHDの場合の方が若干大きいという結果を得た。そして両者の大きさを比べると、磁気張力による力の方が圧倒的に上回っており、プラズマ粒子は、この磁気張力J×B力によって加速される。即ち、リコネクション領域全域に渡って、J×B力が支配的な駆動源であった。

研究成果

• [文献書誌] Shinagawa, Hiroyuki: "Thermospheric and ionosphric dynamics in the auroral region"Advanges Space Research. (in press). (2003)
• [文献書誌] Terada, Naoki: "Global hybrid simulation of the Kelvin-Helmholtz instability at the Venusionopause"Journal of Geophysical Research. 107. SMP30-1-SMP30-20 (2002)
• [文献書誌] Terada, Naoki: "Global hybrid model of the solar wind interaction with the Venus ionosphere : Ion escape processes"Advanges Space Research. (in press). (2003)
• [文献書誌] Nozawa, Satonori: "The quasi 2-day wave observed in the polar mesosphere"Journal of Geophysical Research. 108. ACL3-1-ACL3-12 (2003)
• [文献書誌] Fujii, Ryoichi: "Field-aligned ion motions in the E and F regions"Journal of Geophysical Research. 107. SIA1-1-SIA1-10 (2002)
• [文献書誌] Sugino, Masahiko: "Relative importance of the electric field and the ionosphbric conductivity to the polar ionospheric currents"Journal of Geophysical Research. 107. SIA20-1-SIA20-15 (2002)