サブストームシミュレーションの研究

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15540429
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 田中 高史 九州大学, 理学研究院, 教授 (70346766)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2006
• キーワード: substorm / magnetohydrodynamics / convection / field-aligned current / state transition

研究概要

サブストームは磁気圏物理学の最大にして唯一の未解決問題です。未解決のポイントはオンセットという不連続性が発生するメカニズムです。本研究では、磁気圏対流を基本としてその延長上にサブストームを考えることをめざしました。圧縮可能な磁気圏対流と非圧縮性の電離圏対流が結合した系において、対流はアルフェンモードの運動として進行し、対流と沿磁力線電流の発生とは表裏一体の関係にあることを示しました。またこれに関連した力学特性については、本研究課題を通じてかなり解明しました。それらはダイナモの形成過程、沿磁力線電流の分布、磁気再結合のトポロジー、電離圏対流のパターン形成過程、それの非定常な太陽風に対する応答特性などです。このような磁気圏-電離圏系はトポロジーを有する複雑な相互作用系と捉えることが出来、複合系と呼ぶことができることを示しました。
複合系でサブストーム成長相は良く理解できることを示しました。しかしながらオンセットに関しては依然未解明です。本研究もそこまでは及びません。唯一オンセットに似たような状態遷移解を得ることに成功しました。しかしながらオンセットの全貌までは解明できていません。
MHDでは再現されない変動があることが分かりました。たとえばバルジがなぜ形成されるか、激しいダイポーラリゼーションはなぜ起きるのかです。また部分と全体の関係が不明な点がいくつもあることも分かりました。リコネクション過程の非線形性が対流構造にどう及ぶか、沿磁力線ポテンシャルの形成に閾値があるか、それは対流構造にどう及ぶかなどです。状態遷移の過程はどう進むか、バルーニング不安定やスローモードの役割は何かも不明です。これらのうちにオンセットの主役がいるか、すべての協力でオンセットが起きるのか、それが将来の研究のポイントとの結論を得ました。以上をレビュー論文でまとめて報告しました。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetosphere-ionosphere convection as the compound system (2007)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T.
  • 雑誌名: Space Sci. Rev., 2007 (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetosphere-ionosphere convection as the compound system (2007)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T.
  • 雑誌名: Space Sci.Rev. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Real time earth magnetosphere simulation with 3-dimensional MHD code (2006)
  • 著者名/発表者名: Den, M., T.Tanaka, S.Fujita, T.Obara, H.Shimazu, H.Amo, Y., Y.Hayashi
  • 雑誌名: Space Weather 4,S06004 ページ: doi:10.1029/2004SW000100
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetospheric plasma processes during a sudden commencement revealed from a global MHD simulation (2006)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S., T.Tanaka
  • 雑誌名: Magnetospheric ULF waves : Synthesis and new directions, Geophys. Monogr. Ser.(AGU, Washington D.C.) vol.169 ページ: 31,doi: 10.1029/169GM05
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A glassless stereoscopic visualization system for a 3D MHD real-time Earth's magnetosphere simulator (2006)
  • 著者名/発表者名: Den, M., T.Kuwabara, T.Ogawa, T.Tanaka, I.Goncharenko, H.Amo
  • 雑誌名: J.Plasma Phys. 72 ページ: 837
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Simulation of entry of shock-drift-accelerated solar energetic protons into the magnetosphere (2005)
  • 著者名/発表者名: Shimazu, H., T.Tanaka
  • 雑誌名: J. Geophys. Res., 110, A10105, doi : 10.1029/2004JA010997, 2005. 110
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simulation of entry of shock-drift-accelerated solar energetic protons into the magnetosphere (2005)
  • 著者名/発表者名: Shimazu, H., T.Tanaka
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 110,A10105 ページ: doi: 10.1029/2004JA010997
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A numerical simulation of the geomagnetic sudden commencement : 3. A SC in the magnetosphere-ionosphere compound system (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S., T.Tanaka, T.Motoba
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 110,A11203 ページ: doi: 10.1029/2005JA011055
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Formation mechanism of the theta aurora by a transient convection during northward IMF (2004)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T., T.Obara, M.Kunitake
  • 雑誌名: J. Geophys, Res, 109, A09201, doi : 10.1029/2003JA010271, 2004. 109
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neutral atom imaging of solar wind interaction with the earth and Venus (2004)
  • 著者名/発表者名: Fok, M.C., T.E.Moore, M.R.Collier, T.Tanaka
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 109,A01206 ページ: doi: 10.1029/2003JA010094
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Polar cap bifurcation during steady-state northward interplanetary magnetic field with |By|〜Bz (2004)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M., G.J.Sofko, D.A.Andre, T.Tanaka, M.R.Hairson
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 109,A01215 ページ: doi: 10.1029/2003JA009944
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Transient response of the earth's magnetosphere to a localized density pulse in the solar wind : Simulation of traveling convection vortices (2004)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, R., H.Fukunishi, S.Fujita, T.Tanaka, M.Itonaga
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 109,A03204 ページ: doi:10.1029/2003JA010287
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A numerical simulation of a negative sudden impulse (2004)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S., T.Tanaka, T.Kikuchi, S.Tsunomura
  • 雑誌名: Earth Planets Space 56 ページ: 463
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Formation mechanism of the theta aurora by a transient convection during northward IMF (2004)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T., T.Obara, M.Kunitake
  • 雑誌名: J.Geophys.Res 109,A09201 ページ: doi: 10.1029/2003JA010271
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] MHD effects in planetary nebulae and in the outer heliosphere (2004)
  • 著者名/発表者名: Washimi, H., T.Tanaka
  • 雑誌名: Physics of outer heliosphere : Third international IGPP conference(edited by V.Florinski, N.V.Pogorelov, and G.P.Zank), American Institute of Physics ページ: 87
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Finite volume TVD scheme for magnetohydrodynamics on unstructured grids (2003)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T.
  • 雑誌名: in Space plasma simulation, Lecture notes in physics, edited by J. Buchner etal. ページ: 275
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Formation of magnetospheric plasma population regimes coupled with the dynamo process in the convection system (2003)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res., 108(A8), 1315, doi : 10.1029/2002JA009668, 2003. 108(A8)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A numerical simulation of geomagnetic sudden commencement : 1. Generation of the Field-aligned current associated with preliminary impulse (2003)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S., T.Tanaka, T.Kikuchi, K.Fujimoto, K.Hosokawa, M.Itonaga
  • 雑誌名: J, Geophys. Res., 108(A12), 1416, doi : 10.1029/2003JA009763, 2003. 108(A12)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Formation of magnetospheric plasma population regimes coupled with the dynamo process in the convection system (2003)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T.
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 108(A8),1315 ページ: doi: 10.1029/2002JA009668
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A numerical simulation of geomagnetic sudden commencement : 1. Generation of the Field-aligned current associated with preliminary impulse (2003)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S., T.Tanaka, T.Kikuchi, K.Fujimoto, K.Hosokawa, M.Itonaga
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 108(A12),1416 ページ: doi:10.1029/2003JA009763
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A numerical simulation of geomagnetic sudden commencement : 2. Plasma processes in the main impulse (2003)
  • 著者名/発表者名: Fujita, S., T.Tanaka, T.Kikuchi, K.Fujimoto, M.Itonaga
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 108(A12),1417 ページ: doi: 10.1029/2003JA009407
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Substorm onset caused by the two state transition of the magnetosphere, Multiscale coupling of Sun-Earth processes(edited by A.T.Y.Lui, Y.Kamide and G.Consolini) (2005)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T.
  • 総ページ数: 217
  • 出版者: Elsevier
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Finite volume TVD scheme for magnetohydrodynamics on unstructured grids, Space plasma simulation, Lecture notes in physics(edited by J.Buchner et al.) (2003)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T.
  • 総ページ数: 275
  • 出版者: Springer
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より