３次元全粒子シミュレーションによる月面磁気異常と太陽風の運動論的相互作用の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23340148
• 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): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 月面磁気異常 / 宇宙プラズマ / プラズマ粒子シミュレーション

研究実績の概要

かぐや衛星により月面近傍での太陽風イオン反射や粒子加熱が頻繁に観測され、月面磁気異常と太陽風の相互作用が強く示唆されている。磁気異常のスケールは太陽風イオン慣性長と同等またはそれ以下であり、この相互作用の本質的理解にはMHD近似ではなく太陽風プラズマの粒子効果を含めた解析が必須である。そこで本研究では、特にイオンスケールから電子スケールを含む高度100kmまでの領域に着目し、そこでの小型磁気圏形成とそれに関連した宇宙プラズマ現象について3次元全粒子シミュレーション解析を実行し、月面磁気異常領域のプラズマ環境を解明する。
これまでのシミュレーションにより、磁気異常上空におけるプラズマ空間分布および電界形成に関してこれまでわからなかった新しい知見が得られた。太陽風と月面磁気異常の相互作用で形成される小規模磁場領域では電子は磁場に捕捉されるため、イオンと電子の挙動の違いによる電荷分離電界が局所的に発生する。それによって非磁化イオンも間接的に小型磁場の影響を受け、結果としてメソスケールの磁気圏が形成されることを明らかにした。平成26年度は、この知見を基盤として、３次元モデルシミュレーションを実施した。２次元シミュレーション同様に非対称のメソスケール磁気圏の形成、境界層電流の対流的構造などが新しくわかった。特に、これらの電流構造は主に電子の挙動によるものであることも確かめられ、そのメカニズムについても考察を行った。得られた新しい知見は国際学会において招待講演等で発表を行った。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Full Kinetic Simulations of Plasma Flow Interactions with Meso- and Micro-scale Magnetic Dipoles, (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ashida, H. Usui, I. Shinohara, M. Nakamura, I. Funaki, Y. Miyake and H. Yamakawa
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 ページ: 122903
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4904303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Computational Framework for Block-Based AMR Simulations (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Usui, A. Nagara, M. Nunami, and M. Matsumoto
  • 雑誌名: Procedia Computer Science 巻: 29C ページ: 2351-2359
  • DOI: http://dx.doi: 10.1016/j.procs.2014.05.219
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cross-comparison of spacecraft-environment interaction model predictions applied to Solar Probe Plus near perihelion (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Marchand, Y. Miyake, H. Usui, J. Deca, G. Lapenta, J. C. Mateo-Velez, R. E. Ergun, A. Sturner, V. Genot, A. Hilgers and S. Markidis,
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 ページ: 062901
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4882439
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thrust Evaluation of Small-scale MagneticSail Spacecraft by Three-Dimensional Particle-in-Cell Simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Ashida, Y., Yamakawa, H., Funaki, I., Usui, H., Kajimura, Y. and Kojima, H.
  • 雑誌名: Journal of Propulsion and Power 巻: 30 ページ: 186-196
  • DOI: http://dx.doi: 10.2514/1.B35026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Dimensional Particle-in-Cell Simulation of Magnetic Sail, (2014)
  • 著者名/発表者名: Ashida, Y., Funaki, I., Yamakawa, H., Usui, H., Kajimura, Y. and Kojima, H.
  • 雑誌名: Journal of Propulsion and Power 巻: 30 ページ: 233-245
  • DOI: http://dx.doi: 10.2514/1.B34692
  • 査読あり
• [学会発表] 太陽風・小型磁気圏相互作用のシミュレーション研究のレビュー (2015)
  • 著者名/発表者名: 臼井英之
  • 学会等名: 平成26年度STE研究集会「太陽圏シンポジウム」および「太陽地球環境と宇宙線モジュレーション」
  • 発表場所: 名古屋大学（名古屋市、愛知）
  • 年月日: 2015-03-04 – 2015-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] PIC Simulation on Plasma Flow Response to a Meso-scale Magnetic Dipole in Space (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Usui, M. Umezawa, and Y. Miyake
  • 学会等名: Scitech 2015
  • 発表場所: Orland（ USA）
  • 年月日: 2015-01-05 – 2015-01-09
  • 国際学会
• [学会発表] 小型ダイポール磁場のプラズマ流応答に関する3次元粒子シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 臼井 英之、芦田康将、篠原育、中村雅夫、 梅澤美佐子、三宅洋平、西野真木
  • 学会等名: 第11回宇宙環境シンポジウム
  • 発表場所: I-site なんば（大阪市、大阪）
  • 年月日: 2014-12-11
• [学会発表] Three-dimensional AMR-PIC simulations on ion beam neutralization in ion engine (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya, K., H. Usui, T. Matsubara, M. Nunami and M. Matsumoto
  • 学会等名: ITC-24 (Toki Conference)
  • 発表場所: セラトピア土岐（岐阜、土岐市）
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-11-07
  • 国際学会
• [学会発表] Full kinetic simulations on plasma and field disturbancein the vicinity of spacecraft (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Usui
  • 学会等名: the 24th International TOKI conference (ITC24)
  • 発表場所: セラトピア土岐（岐阜、土岐市）
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-11-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 太陽風プラズマと月面磁気異常の相互作用に関する３次元全粒子シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 梅澤美佐子、臼井英之、三宅洋平、西野真木
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第135回総会及び講演会
  • 発表場所: キッセイ文化ホール(長野、松本市）
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] Full Kinetic Simulation on Plasma Flow Response to a Meso-scale Magnetic Dipole (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Usui
  • 学会等名: URSI General Assembly
  • 発表場所: Beijing (China)
  • 年月日: 2014-08-18 – 2014-08-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 計算機実験による宇宙機近傍のプラズマ電磁擾乱の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 臼井英之、三宅洋平
  • 学会等名: JpGU
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川、横浜市）
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
  • 招待講演
• [学会発表] 小型ダイポール磁場とプラズマ流の相互作用に関する３次元粒子シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 臼井 英之, 芦田 康将, 篠原 育, 中村雅夫，山川宏，三宅洋平
  • 学会等名: JpGU
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川、横浜市）
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02