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2016 年度 実績報告書

全粒子モデル計算機実験による小スケール磁気圏の昼間側境界層物理の研究

研究課題

研究課題/領域番号 16H04058
研究機関神戸大学

研究代表者

臼井 英之  神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (10243081)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード月面磁気異常 / プラズマ粒子シミュレーション / 小型磁気圏 / 電子ダイナミクス / ライナーガンマー
研究実績の概要

本研究の目的は、月面磁気異常上空に形成された小型磁気圏境界層領域の電子ダイナミクスに着目し、それを運動論的観点から3次元プラズマ粒子シミュレーションにより解明することである。月面下に中心を持つ1つの磁気ダイポールをReiner Gamma磁気異常としてシミュレーション領域内に設定し、ダイポール中心から磁気圧と太陽風動圧が釣り合う点までの距離を磁気異常の代表長Dpとする。 磁気異常ではDpが太陽風電子のジャイロ半径よりも十分大きく、イオンのジャイロ半径より小さい。このような状況において、太陽風プラズマとの相互作用により、磁気異常上空において小型磁気圏が形成されることを本シミュレーションにより確認した。また、磁気圏境界層において、太陽風電子とイオンの磁場に対する応答差に起因する静電界が形成され、それに垂直方向に強い電子電流が見られることも明らかにした。特に、昼間側magnetopauseでは電子密度が急激に減少し、同時にそこでは強い外向きの電場が発生する。Magnetopauseに流入する電子は一様にこの電界によって大きく加速を受け、それによってラーマ半径が大きくなる。このため、magnetopauseの最内側では加速された電子のジャイロ運動によってdusk側に向かう電子フラックスだけが残る。このことは電子の有限ラーマ半径を考慮しないと再現、理解できないことであり、本研究で得られた知見の中でも最も重要なものである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

小型磁気圏境界層電流解析の過程で、当初の予想に反して、境界層電流が電子のExBドリフト運動だけではなく、境界層の最内側での電解加速による電子サイクロトロン運動が大きく寄与していることがわかり、この現象の本質を見極めることが必要であるので、電子の位相空間上での挙動をみることにより電子ダイナミクスを詳細に解析する必要が生じたため。

今後の研究の推進方策

今後は、小型磁気圏境界層での非熱的プラズマ成分と波動発生の因果関係の解析に着手する。境界層領域の各点の粒子速度分布関数がどのようなプラズマ波動を発生させ、どの程度の電磁界、プラズマ擾乱を引き起こすのかについて究明するために、各プラズマ粒子速度分布関数を初期条件とした1次元または2次元の小規模の計算機実験を実行し、各領域におけるプラズマ不安定性現象を再現する。これにより、小型磁気圏昼間側境界層での波動粒子相互作用現象の基礎的な解析を進める。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] 南カリフォルニア大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      南カリフォルニア大学
  • [雑誌論文] Electron dynamics in the minimagnetosphere above a lunar magnetic anomaly2017

    • 著者名/発表者名
      Usui Hideyuki、Miyake Yohei、Nishino Masaki N.、Matsubara Takuma、Wang Joseph
    • 雑誌名

      J. Geophys. Res.- space physics

      巻: 122 ページ: 1555-1571

    • DOI

      10.1002/2016JA022927

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Particle-in-cell modeling of spacecraft-plasma interaction effects on double-probe electric field measurements2016

    • 著者名/発表者名
      Miyake Y.、Usui H.
    • 雑誌名

      Radio Science

      巻: 51 ページ: 1905~1922

    • DOI

      10.1002/2016RS006095

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Analysis of Active Spacecraft Charging in the Geostationary Environment2016

    • 著者名/発表者名
      Hoshi K.、Muranaka T.、Kojima H.、Yamakawa H.、Usui H.、Shinohara I.
    • 雑誌名

      Journal of spacecraft and rochets

      巻: 53 ページ: 589~598

    • DOI

      10.2514/1.A33270

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Level-by-level artificial viscosity and visualization for MHD simulation with adaptive mesh refinement2016

    • 著者名/発表者名
      Hatori Tomoharu、Ito Atsushi M.、Nunami Masanori、Usui Hideyuki、Miura Hideaki
    • 雑誌名

      Journal of computational physics

      巻: 319 ページ: 231~241

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2016.04.064

    • 査読あり
  • [学会発表] Electron current in the boundary layer of a mini-magnetosphere above a lunar magnetic anomaly2016

    • 著者名/発表者名
      Usui Hideyuki, Miyake Yohei, Nishino Masaki
    • 学会等名
      American Geophysical Union (AGU) Fall meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁気異常上空の小型磁気圏境界における電子ダイナミクスに関する粒子シミュレーション解析2016

    • 著者名/発表者名
      臼井 英之, 松原 琢磨, 三宅 洋平
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会(JPGU)
  • [学会発表] 月面磁気異常上空のミニ磁気圏境界層における電子電流2016

    • 著者名/発表者名
      臼井 英之, 三宅 洋平, 西野 真木
    • 学会等名
      第140回 地球電磁気・地球惑星圏学会 総会・講演会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-02-21  

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