2022 Fiscal Year Research-status Report
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20K03894
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
渡辺 正和 九州大学, 理学研究院, 准教授 (70446607)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蔡 東生 筑波大学, システム情報系, 准教授 (70202075)
田中 高史 九州大学, 国際宇宙惑星環境研究センター, 博士研究員 (70346766)
藤田 茂 統計数理研究所, モデリング研究系, 特任教授 (70500693)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁場トポロジー / 磁気流体シミュレーション / 地球磁気圏 / 磁気リコネクション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、シミュレーションで得られた地球磁気圏の詳細な解析・可視化を進めた。その結果、課題名の「交換型リコネクションのトポロジー」をほぼ明らかにすることができた。トポロジー解析の根底には、筑波大学で開発された、等高面法（level-set method）を用いた磁気面追跡プログラムがある。この解析プログラムは、まず総当たり法で零点（磁場が0になるところ）を含むグリッドセルを探索し、零点が存在する可能性があるセルに対してNewton法を適用して零点を求める。ただしここで求められる零点は、テーラー展開の1次項（磁場勾配テンソル）で表される磁場構造のみが対象である。続いて、各零点に対して磁場勾配テンソルの固有値・固有ベクトルを求め、同符号固有値の固有ベクトルが張る磁気面を追跡する。この磁気面がセパラトリクス（磁力線トポロジーの境界）になっている。リコネクションが起こっていると予想されるセパラトリクス上で、沿磁力線電場とセパラトリクスを通過するプラズマの流れを求めることで、リコネクションの様態を示すことができた。交換型リコネクションでは、セパラトリクス上のセパレータ（2つの零点から出るセパラトリクスの交線）から離れた部分で、隣接する領域の磁力線が入れ替わる。この入れ替わり直前・直後の磁力線の形状をシミュレーションデータで示すことができた。3次元のリコネクションは、一般に言われているような反平行磁力線の繋ぎ変えではなく、平行磁力線の入れ替わりである。
本課題を進める間に、将来さらなる展開があることに気付いた。現時点では、トポロジーを決定する零点は１次近似を仮定している。準定常な磁気圏ではこれでよい。しかし時間変化がある場合、例えば惑星間空間磁場が急激に向きを変える場合、遷移過程で現れる零点は高次項を含めないと表現できないようである。高次零点を解析する手法の開発が次の段階と思われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
課題名の「交換型リコネクションのトポロジー」をほぼ明らかにできたという点では順調であるが、その成果を学会等で口頭発表はしているものの、論文の形にはまだ至っていないという点でやや遅れている。また、筑波大学で開発されたトポロジー解析のプログラムについて、その方法論が専門誌に投稿されたが、今回は掲載が見送られた。当然再挑戦を考えているが、これもやや遅れているとした理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
幸いにも補助期間の延長が認められたので、延長期間において研究成果の論文化に全力をつくしたい。解析を少しやり直し、可視化を工夫して精緻な図を作り直す。また、論文投稿にはシミュレーションデータを恒久的なリポジトリに置いて公開することが義務付けられているので、その準備を進める。同時に、本研究課題の先を見据えたこと（高次零点の解析など）も考えていきたい。
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| Causes of Carryover |
当初の補助期間内に論文投稿までこぎ着けることができず、論文投稿料等の支出がなかった。また、学会・研究会のオンライン開催が多く、旅費が節約できた。延長された補助期間では、より精緻な可視化を行うためのソフトウェアライセンス、学会参加のための旅費、論文投稿料、などに充てる予定である。
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Research Products
(5 results)
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[Journal Article] Interpretation of the theta aurora based on the null-separator structure2022
Author(s)
Tanaka, T., Ebihara, Y., Watanabe, M., Fujita, S., Nishitani, N., & Kataoka, R.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 127
Pages: e2022JA030332
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Unified theory of the arc auroras: Formation mechanism of the arc auroras conforming general principles of convection and FAC generation2022
Author(s)
Tanaka, T., Watanabe, M., Ebihara, Y., Fujita, S., Nishitani, N., & Kataoka, R.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 127
Pages: e2022JA030403
DOI
Peer Reviewed
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