磁気圏編隊観測を用いた三次元磁気リコネクションの研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05306
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 長谷川 洋 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50435799)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 磁気リコネクション / 衛星直接観測 / 磁気圏尾部 / 電子電磁流体力学

研究実績の概要

磁気リコネクションは太陽風プラズマの磁気圏侵入やオーロラ爆発の際のエネルギー解放に中心的な役割を果たしているが、地球周辺の宇宙空間では太陽風、バウショック下流の磁気圏シース、磁気圏界面、磁気圏尾部などで起きている。これらの領域で発生する磁気リコネクションは様々な境界条件を伴うため、複雑な条件下から単純な条件下まで、様々なタイプの磁気リコネクションを観測的に研究することができるという利点がある。NASAのMagnetospheric Multiscale（MMS）衛星は2017年7月11日に、最も単純な条件下、すなわち反平行磁場配位、かつ対称な電流層中で起きている磁気圏尾部の磁気リコネクションを観測することに成功した。本年度は、このMMS衛星が観測した磁気リコネクションの電子拡散領域と呼ばれる中心部の二次元構造を電子電磁流体の理論に基づいて再現し、単純な構造をしていると思われていた反平行・対称磁気リコネクション領域が、予想よりも複雑な構造をもつことを発見した。
具体的には、磁力線がつなぎ変わる場所であるXポイントと呼ばれる特異点と、電流層へと向かう電子の流れから電流層に沿った流れへと切り替わる「よどみ点」の場所が一致せず、よどみ点がリコネクションジェット方向にずれることを発見した。このような非対称構造が教科書的で単純なはずである反平行・対称磁気リコネクションの場合にも生じることは注目に値することである。また、Xポイントとよどみ点の場所がずれていたにもかかわらず、速い磁気リコネクションが実現していたことは驚きである。Xポイントとよどみ点のずれの原因はまだよく分かっていないが、Xポイントが背景プラズマに対して動いていたことと関係がある可能性があり、今後のさらなる研究が必要である。

研究成果

• [国際共同研究] Dartmouth College/Southwest Research Institute/NASA Goddard Space Flight Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Dartmouth College/Southwest Research Institute/NASA Goddard Space Flight Center
  • 他の機関数: 7
• [国際共同研究] Austrian Academy of Science(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: Austrian Academy of Science
• [国際共同研究] Uppsala University/Royal Institute of Technology(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Uppsala University/Royal Institute of Technology
• [国際共同研究] University of Bergen(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: University of Bergen
• [国際共同研究] Imperial College London/University College London(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Imperial College London/University College London
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 3
• [雑誌論文] Reconstruction of the Electron Diffusion Region of Magnetotail Reconnection Seen by the MMS Spacecraft on 11 July 2017 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa H.、Denton R. E.、Nakamura R.、Genestreti K. J.、Nakamura T. K. M.、Hwang K.-J.、Phan T. D.、Torbert R. B.、Burch J. L.、Giles B. L.、Gershman D. J.、Russell C. T.、Strangeway R. J.、Lindqvist P.-A.、Khotyaintsev Y. V.、Ergun R. E.、Kitamura N.、Saito Y.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 124 ページ: 122～138
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2018JA026051
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of the Current Sheet in the 11 July 2017 Electron Diffusion Region Event (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Rumi、Genestreti Kevin J.、Nakamura Takuma、Baumjohann Wolfgang、Varsani Ali、Nagai Tsugunobu、Bessho Naoki、Burch James L.、Denton Richard E.、Eastwood Jonathan P.、Ergun Robert E.、Gershman Daniel J.、Giles Barbara L.、Hasegawa Hiroshi、et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 124 ページ: 1173～1186
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2018JA026028
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crescent-shaped electron distributions at the non-reconnecting magnetopause: Magnetospheric Multiscale observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Tang B. -B.、Li W. Y.、Graham D. B.、Rager A. C.、Wang C.、Khotyaintsev Yu. V.、Lavraud B.、Hasegawa H.、Zhang Y. -C.、Dai L.、Giles B. L.、Dorelli J. C.、Russell C. T.、Lindqvist P. -A.、Ergun R. E.、Burch J. L.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 46 ページ: 3024～3032
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2019GL082231
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Seasonal and Solar Wind Control of the Reconnection Line Location on the Earth's Dayside Magnetopause (2018)
  • 著者名/発表者名: Hoshi Y.、Hasegawa H.、Kitamura N.、Saito Y.、Angelopoulos V.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 123 ページ: 7498～7512
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2018JA025305
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the Magnetic Reconnection Rate in the Earth's Magnetotail (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T. K. M.、Genestreti K. J.、Liu Y.‐H.、Nakamura R.、Teh W.‐L.、Hasegawa H.、Daughton W.、Hesse M.、Torbert R. B.、Burch J. L.、Giles B. L.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 123 ページ: 9150～9168
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2018JA025713
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identifying 3-D Vortex Structures At/Around the Magnetopause Using a Tetrahedral Satellite Configuration (2018)
  • 著者名/発表者名: Cai D.、Lembege B.、Hasegawa H.、Nishikawa K.-I.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 123 ページ: 10,158～10,176
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2018JA025547
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Mass and energy transfer across the Earth’s magnetopause caused by the vortex-induced reconnection during northward IMF (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T. K. M., S. Eriksson, H. Hasegawa, K. Genestreti, R. Nakamura, W. Daughton, and W. Li
  • 学会等名: MMS Community Science Workshop #4
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Test of polynomial reconstruction of the magnetic field (2019)
  • 著者名/発表者名: Denton, R. E., R. B. Torbert, Y.-H. Liu, I. Dors, H. Hasegawa, B. U. O. Sonnerup, C. T. Russell, R. J. Strangeway, B. L. Giles, and J. L. Burch
  • 学会等名: MMS Community Science Workshop #4
  • 国際学会
• [学会発表] Generation of turbulence in Kelvin-Helmholtz vortices at Earth’s magnetopause: MMS observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, H., T. K. M. Nakamura, D. J. Gershman, N. Kitamura, Y. Hoshi, Y. Saito, A. F.-Vinas, B. L. Giles, C. T. Russell, B. Lavraud, Y. V. Khotyaintsev, and R. E. Ergun
  • 学会等名: ISEE symposium “Recent progress in heliospheric physics by direct measurements of unexplored space plasmas”
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstruction of space plasma structures from in-situ measurements (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, H.
  • 学会等名: Toyama International Symposium on “Physics at the Cosmic Frontier”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] On the generation of turbulence observed in the flank of Earth's magnetosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Hasegawa, T. K. M. Nakamura, D. J. Gershman, N. Kitamura, Y. Hoshi, Y. Saito, A. F.-Vinas, B. L. Giles, C. T. Russell, B. Lavraud, Y. V. Khotyaintsev, and R. E. Ergun
  • 学会等名: JpGU 2018 Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Mass and energy transfer across the Earth's magnetopause caused by vortex-induced reconnection (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T. K. M., H. Hasegawa, S. Eriksson, W. Daughton, W. Y. Li, S. Zenitani, K. Genestreti, and R. Nakamura
  • 学会等名: COSPAR 2018 42nd Assembly
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Reconstruction of the magnetotail reconnection region seen by MMS on 11 July 2017 (2018)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, H., R. E. Denton, R. Nakamura, K. J. Genestreti, T. K. M. Nakamura, T. D. Phan, R. B. Torbert, J. L. Burch, B. L. Giles, D. J. Gershman, C. T. Russell, R. J. Strangeway, P.-A. Lindqvist, Y. V. Khotyaintsev, R. E. Ergun, N. Kitamura, and Y. Saito
  • 学会等名: MMS Science Community Workshop #3
  • 国際学会
• [学会発表] Determining the velocity of a magnetic structure, with application to the 11 July 2017 magnetotail reconnection event (2018)
  • 著者名/発表者名: R. E. Denton, R. Manuzzo, K. J. Genestreti, B. U. O. Sonnerup, G. Belmont, L. Rezeau, H. Hasegawa, C. T. Russell, R. J. Strangeway, R. B. Torbert, and J. L. Burch
  • 学会等名: MMS Science Community Workshop #3
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstruction of the electron diffusion region of magnetotail reconnection seen by the MMS spacecraft on 11 July 2017 (2018)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, H., R. E. Denton, R. Nakamura, K. J. Genestreti, T. K. M. Nakamura, K.-J. Hwang, T. D. Phan, R. B. Torbert, J. L. Burch, B. L. Giles, D. J. Gershmain, C. T. Russell, R. J. Strangeway, P.-A. Lindqvist, Y. V. Khotyaintsev, R. E. Ergun, N. Kitamura, and Y. Saito
  • 学会等名: Magnetic Reconnection in Space, Solar, Astrophysical, and Laboratory Plasmas (MR2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The structure and geometry of magnetic reconnection regions (2018)
  • 著者名/発表者名: Genestreti, K. J., J. L. Burch, R. B. Torbert, R. Nakamura, T. K. M. Nakamura, A. Varsani, C. Mouikis, M. R. Argall, S. A. Fuselier, P. A. Cassak, R. E. Ergun, H. Hasegawa, J. M. Webster, S. Wang, T.-D. Phan, M. Hesse, C. Norgren, P. Tenfjord, J. Eastwood, J. Stawarz, and S. Toledo-Redondo
  • 学会等名: Magnetic Reconnection in Space, Solar, Astrophysical, and Laboratory Plasmas (MR2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MMS衛星がみた地球磁気圏尾部リコネクション領域の構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 洋
  • 学会等名: 宇治リコネクションワークショップ2018