衝撃波遷移領域から下流域での非熱的高エネルギー電子加速

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14340144
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 星野 真弘 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90241257)
• キーワード: 衝撃波 / 粒子加速 / 数値シミュレーション / 波乗り加速(サーフィン加速)

研究概要

宇宙空間における無衝突衝撃波は,超音速プラズマの運動エネルギーを熱エネルギーに変換すると同時に、効率よく非熱的な超高エネルギー粒子を形成するメカニズムとして重要である。しかし、物理メカニズムについての理解は限られている。本研究では,衝撃波近傍での波乗り加速を介した高エネルギー電子加速に焦点を絞り,大規模数値シミュレーションを用いて衝撃波の高エネルギー粒子加速をプラズマ・ミクロ過程から理解することを目指している。本年度は、主に次の2本の柱を立てて研究開発をおこなった:1)粒子コードを用いた斜め衝撃波での加速プロセスの研究、2)非熱的高エネルギー粒子分布を計算するのに有利であるブラソフコードの開発を行った。
斜め衝撃波研究については、斜め磁場になることによる電子補足に効くローレンツ力が弱くなり加速効率を上げるほうに働くメカニズムと、一方、斜めになりsubluminalな領域になると高エネルギー電子が上流に流出するため、2流体不安定の成長が遅くなり、補足電場の強度が弱くなり加速効率を下げる働きがあることを見出した。両者の兼ね合いで、およそ衝撃波角が70度程度に非熱的粒子加速が最大になる領域があることが明らかになり、従来考えられていた以上に電子の波乗り加速が重要であることが解った。
ブラソフコード開発は、順調に進んでおり静電コードにおける2流体不安定が精度よく計算できていることを確かめた。また境界条件も、衝撃波問題に必要な自由境界の開発もおこない、衝撃波系での計算も出来る見込みが出てきた。現在電磁コードへの拡張を行っている。

研究成果

• [文献書誌] S.Perraut: "Substorm Expansion Phase: Observations from Geotail, Polar and IMAGE network"J.Geophys.Res.. 108,A4. 1200JA009376 (2003)
• [文献書誌] N.Shimada: "Electron-Ion Coupling Dynamics in the Shock Transition Region"Plasma Physics. 10. 1113-1119 (2003)
• [文献書誌] Y.Asano: "Evolution of the Thin Current Sheet in a Substorm Observed by Geotail"J.Geophys.Res.. 108,A5. 2002JA009785 (2003)
• [文献書誌] K.Seki: "Cold Ions in the Hot Plasma Sheet of Earth's Magnetotail"Nature. 422. 589-592 (2003)
• [文献書誌] N.Nishino: "Geotail Observations of the Cold Plasma Sheet on the Duskside Magnetotail"Adv.Space Res.. (in press). (2004)
• [文献書誌] T.Mizuta: "New Non-stochastic Acceleration in Multi-component Plasmas"Adv.Space Res.. (in press). (2004)
• [文献書誌] S.Imada: "The dawn-Dusk Asymmetry in Magnetosheath and the Leakage of Energetic Electrons : The GEOTAIL Observaion"Adv.Space Res.. (in press). (2004)
• [文献書誌] M.Hoshino: "Stratified Current Sheet During Plasma sheet Thinning"Adv.Space Res.. (in press). (2004)
• [文献書誌] T.K.Takada: "Two types of PSBL Ion Beam Observed by GEOTAIL : Their Relation to Low Frequency Electromagnetic Wave"Adv.Space Res.. (in press). (2004)
• [文献書誌] Y.Matsumoto: "Onset of Turbulence Induced by a Kelvin-Helmholtz Vortex"Geophys.Res.Lett.. 31,L02807. 2003GL018195 (2004)
• [文献書誌] Y.Asano: "Current Sheet Structure around the Near-Earth Neutral Line Observed by Geotail"Adv.Space Res.. (in press). (2004)
• [文献書誌] T.Mizuta: "New Non-stochastic Acceleration in Multi-component Plasmas"J.Geophys.Res.. 109,A02212. 2003JA010114 (2003)
• [文献書誌] N.Shimada: "Electron Heating and Acceleration in the Shock Transition Region : Background Plasma Parameter Dependence"Plasma Physics. (in press). (2004)