研究課題
多階層現象として磁気リコネクションを完全に理解することを目指して、領域分割型の多階層シミュレーションモデルを開発し、さらに改良を行っている。この多階層モデルでは、シミュレーションの実空間を分割し、マクロ領域のダイナミクスは磁気流体(MHD)シミュレーション、ミクロ領域の物理は粒子(PIC)シミュレーションを用いて解き、２つの領域間にインターフェイス領域を挿入して、そこで両者をスムーズに連結する。このモデルを用いて、地球磁気圏観測衛星の測定値を模擬したデータを初期値として多階層シミュレーションを行った。多くの課題が残されているものの、多階層シミュレーションが地球磁気圏の全体系に適用され、宇宙天気予報の精度向上などに貢献できる可能性を示すことができた。一方、磁気リコネクションの下流においては、二流体効果や有限Lamor半径効果が重要な役割を果たしている。Hall効果をとり入れた拡張MHDと粒子コードを連結して、線形ホイッスラー波を伝播する多階層シミュレーションを実施するところまで成功した。しかし、周波数が波数の2乗に比例する波を安定的に伝播させるためには、時間ステップ幅が非常に小さくなるという課題に直面し、何らかの工夫が求められることが分かった。また、磁気リコネクション下流におけるイオン運動を詳細に解析し、プラズマを構成する主成分イオンである水素イオンが非断熱的な運動をしていること、イオンの速度分布がリング状構造を構成していること、これが実効的な加熱機構として働いていること、どこでどのようにイオンは運動エネルギーを獲得しているか、ということを明らかにした。この成果は、下流領域の階層間連結に応用されうるものである。
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