多点衛星観測を用いた磁気圏境界層渦乱流の時空発展の解明

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21740358
• 研究機関: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 長谷川 洋 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50435799)
• キーワード: 磁気圏境界面 / ケルビン・ヘルムホルツ不安定 / プラズマ輸送 / 非線形現象 / グラッド・シャフラノフ法 / 朝夕非対称性 / データ解析手法 / 磁気フラックスロープ

研究概要

磁気圏境界層における渦乱流は、それに起因するプラズマ輸送(プラズマにおける異常輸送の一例)や構造形成を介して、境界層という限定された領域だけでなく、磁気圏の熱力学的状態や大規模構造にも影響を及ぼしていると考えられる。理論的な観点からは、渦乱流は磁気圏の朝側と夕方側で異なる成長の様相を示す可能性がある。しかし、磁気圏の朝側と夕方側の境界層を同時観測できる事例はほとんどないため、予測される朝夕非対称が現実に起こりうるのかどうか、不明であった。
本年度は、クラスター衛星が朝側で、ジオテイル衛星が夕方側で、境界層を同時観測した事例を詳細解析し、以下の結果を得た。(1)ケルビン・ヘルムホルツ不安定に伴う渦乱流は、朝夕両わき腹で非線形段階まで成長する。(2)グラッド・シャフラノフ法やその他のデータ解析手法によって推定された渦の波長や幅は、朝側と夕方側でほぼ等しく、渦の大規模構造に顕著な朝夕非対称性はない。(3)渦中およびその近傍で観測されたイオンの熱力学的状態には、顕著な朝夕非対称性が存在する。
前者二つの結果は、大規模渦の成長率は両わき腹でほぼ等しいこと、また、渦生成の種擾乱の起源は両わき腹で共通していることを示唆しており、興味深いものである。また後者の結果は、渦中あるいはその近傍で起きているイオンの加熱過程に、朝夕非対称性があることを意味している。イオン加熱は、イオンの旋回半径スケールで起きるミクロな物理機構を必要とする。したがって本成果は、渦のマクロな構造発展には朝夕非対称がないが、ミクロな物理過程には朝夕非対称があることを示唆する意義深いものであるといえる。

研究成果

• [雑誌論文] A powerful tool for browsing quick-look data in solar-terrestrial physics : "Conjunction Event Finder" (2011)
  • 著者名/発表者名: Miyashita, Y., et al.
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 63(1) ページ: e1-e4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of an MHD-scale Kelvin-Helmholtz vortex accompanied by magnetic reconnection : Two-dimensional particle simulations (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T.K.M., et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research-Space Physics 巻: 116 ページ: A03227
  • 査読あり
• [雑誌論文] A case study of Kelvin-Helmholtz vortices on both flanks of the Earth's magnetotail (2011)
  • 著者名/発表者名: Nishino, M.N., et al.
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: (in press) ページ: PSS1231
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for a flux transfer event generated by multiple X-line reconnection at the magnetopause (2010)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, H., et al.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 37 ページ: L16101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recovery of time evolution of Grad-Shafranov equilibria from single-spacecraft data : Benchmarking and application to a flux transfer event (2010)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, H., et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research-Space Physics 巻: 115 ページ: A11219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetic effects on the Kelvin-Helmholtz instability in ion-to-magnetohydrodynamic scale transverse velocity shear layers : Particle simulations (2010)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T.K.M., et al.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 17 ページ: 042119
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-flight performance and initial results of Plasma energy Angle and Composition Experiment (PACE) on SELENE (Kaguya) (2010)
  • 著者名/発表者名: Saito, Y., et al.
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 154 ページ: 265-303
  • 査読あり
• [雑誌論文] On slowly evolving Grad-Shafranov equilibria (2010)
  • 著者名/発表者名: Sonnerup, Bengt, H.Hasegawa
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research-Space Physics 巻: 115 ページ: A11218
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetopause expansions for quasi-radial interplanetary magnetic field : THEMIS and Geotail observations (2010)
  • 著者名/発表者名: Suvorova, A.V., et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research-Space Physics 巻: 115 ページ: A10216
  • 査読あり
• [学会発表] Recovery of time evolution of Grad-Shafranov equilibria from in-situ observations : Benchmarking and application to a flux transfer event (2011)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: 2011 Conference on Earth Sun System Exploration : Variability in Space Plasma Phenomena
  • 発表場所: Cona, Hawaii(招待講演)
  • 年月日: 2011-01-20
• [学会発表] Recovery of evolution of Grad-Shafranov equilibria from single spacecraft data : Benchmarking and application to a flux transfer event (2010)
  • 著者名/発表者名: Sonnerup, Bengt U.O.
  • 学会等名: AGU 2010 Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] A simple explanation for cross-field diffusion process by kinetic Alfven waves (2010)
  • 著者名/発表者名: 井筒智彦
  • 学会等名: AGU 2010 Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] Evolution of an MHD-scale Kelvin-Helmholtz vortex accompanied by magnetic reconnection : Two-dimensional particle simulations (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村琢磨
  • 学会等名: AGU 2010 Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] Kelvin Helmholtz driven vortices on the dayside magnetopause- single spacecraft detection using Double star 1 (2010)
  • 著者名/発表者名: Taylor, Matthew
  • 学会等名: AGU 2010 Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] Evidence for a flux transfer event generated by multiple X-line reconnection at the magnetopause (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: AGU 2010 Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2010-12-16
• [学会発表] その場観測を用いた二次元平衡構造の時間発展の再現 (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第128回講演会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2010-11-01
• [学会発表] Evolution of an MHD-scale Kelvin-Helmholtz vortex accompanied by magnetic reconnection : Twodimensional particle simulations (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村琢磨
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第128回講演会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2010-11-01
• [学会発表] Evidence for plasma transport by kinetic Alfven waves at the magnetopause (2010)
  • 著者名/発表者名: 井筒智彦
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第128回講演会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2010-11-01
• [学会発表] Plasma transport at the flank magnetopause under northward IMF (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: The 10th Cluster Anniversary Workshop
  • 発表場所: Corfu island, Greece(招待講演)
  • 年月日: 2010-09-30
• [学会発表] 磁気圏で観測される磁場の乱れとプラズマの輸送 (2010)
  • 著者名/発表者名: 篠原育
  • 学会等名: 2010年日本物理学会シンポジウム
  • 発表場所: 土岐
  • 年月日: 2010-09-30
• [学会発表] Recovery of evolution of two-dimensional magnetohydrostatic structures from single-spacecraft data (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: The 10th Cluster Anniversary Workshop
  • 発表場所: Corfu island, Greece
  • 年月日: 2010-09-28
• [学会発表] Evidence for a flux transfer event generated by multiple X-line reconnection at the magnetopause (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: The 10th Cluster Anniversary Workshop
  • 発表場所: Corfu island, Greece
  • 年月日: 2010-09-28
• [学会発表] From interplanetary space to the ground : The development of magnetic structures and their signatures (2010)
  • 著者名/発表者名: Volwerk, Martin
  • 学会等名: 38th COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Bremen, Germanry
  • 年月日: 2010-07-23
• [学会発表] Dusk side ULF waves and plasmaspheric plumes (2010)
  • 著者名/発表者名: Constantinescu, O.D.
  • 学会等名: 38th COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Bremen, Germanry
  • 年月日: 2010-07-18
• [学会発表] Kinetic effects on the Kelvin-Helmholtz instability in ion-to-MHD scale transverse velocity shear layers : particle simulations (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村琢磨
  • 学会等名: AOGS 2010
  • 発表場所: Hyderabad, India(招待講演)
  • 年月日: 2010-07-09
• [学会発表] Recovery of time evolution of Grad-Shafranov equilibria from single-spacecraft data (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: 2010 International Space Plasma Symposium
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
  • 年月日: 2010-06-29
• [学会発表] On the identification of magnetopause Kelvin-Helmholtz waves from in-situ observations (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: 2010 Western Pacific Geophysics Meeting
  • 発表場所: Taipei, Taiwan(招待講演)
  • 年月日: 2010-06-24
• [学会発表] Low-pressure magnetosheath mode (2010)
  • 著者名/発表者名: Suvorova, Alla
  • 学会等名: 2010 Western Pacific Geophysics Meeting
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2010-06-23
• [学会発表] Kelvin-Helmholtz instability : Observations, identification, excitation, and evolution (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: Workshop on magnetopause processes
  • 発表場所: Toulouse, France(招待講演)
  • 年月日: 2010-06-09
• [学会発表] Reconstruction of time-varying, two-dimensional, quasi-magnetohydrostatic structures from single-spacecraft data (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2010-05-26
• [学会発表] A flux transfer event generated by multiple X-line reconnection at the magnetopause : THEMIS observations (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2010-05-26
• [学会発表] 地球磁気圏での低温高密度プラズマ輸送における拡散の役割 (2010)
  • 著者名/発表者名: 井筒智彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2010-05-26
• [学会発表] From interplanetary space to the ground : The development of magnetic structures and their signatures (2010)
  • 著者名/発表者名: Volwerk, Martin
  • 学会等名: EGU General Assembly 2010
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2010-05-04
• [学会発表] Multi-point perspectives of reconnection induced boundary layers (2010)
  • 著者名/発表者名: Dunlop, Malcolm
  • 学会等名: EGU General Assembly 2010
  • 発表場所: Vienna, Austria(招待講演)
  • 年月日: 2010-05-03
• [学会発表] Effects of the generation process of flux transfer events on solar wind energy transfer to the magnetosphere (2010)
  • 著者名/発表者名: 長谷川洋
  • 学会等名: Workshop on the Auroral Substorm and its Impact on the Development of Solar-Terrestrial Research
  • 発表場所: Chung-li, Taiwan
  • 年月日: 2010-04-10
• [備考]
  • URL: http://www.igpp.ucla.edu/public/THEMIS/SCI/Pubs/Nuggets/2010_nuggets/hasegawa/hasegawa_10.html
• [備考]
  • URL: http://sprg.isas.jaxa.jp/researchTeam/spacePlasma/results/1008_hase.html
• [備考]
  • URL: http://sprg.isas.jaxa.jp/researchTeam/spacePlasma/results/1012_hase.html