2012 Fiscal Year Annual Research Report
高速磁気リコネクションにおける３次元磁気拡散機構の理論的解明
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23740373
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
藤本 桂三 国立天文台, 理論研究部, 特任助教 (90553800)
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| Keywords | 磁気リコネクション / 無衝突プラズマ / 磁気散逸機構 / 異常運動量輸送 / シア駆動型不安定性 / 粒子シミュレーション / 適合細分化格子（AMR） |
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| Research Abstract |
本研究は、磁気リコネクションの大規模な３次元電磁粒子シミュレーションを実施することによって、高速磁気リコネクションにおける３次元的な磁気拡散機構を解明することを目的としている。効率的な粒子シミュレーションを実現するため、従来の粒子法（Particle-In-Cell（PIC）法）に適合細分化格子（Adaptive Mesh Refinement（AMR））を適用した独自の計算コード（AMR-PICコード）を用いた。
イオン（陽子）と電子の質量比を100として大規模な３次元シミュレーションを実施した結果、高速磁気リコネクションにともなって磁気X線近傍に電子電流層をキンクさせるような電磁波動が励起することが明らかになった。線形波動解析の結果、このモードは従来考えられていたようなイオン－電子の相対運動によって駆動されるドリフトモードではなく、空間的な速度シアによって駆動される新しいタイプのモードであることがわかった。また、周波数帯はイオン旋回周波数と低域混成周波数の中間付近であり、地球磁気圏における観測結果とよく一致する。重要な点は、この電磁波動によって電子運動量の異常輸送が発生し磁気散逸が生じることである。とりわけ、プラズモイドの発生にともなって異常輸送効果が強化されることが明らかになった。これは、プラズモイドが発生する際に局所的に速度シアが増加し、電磁波動の振幅が増幅され乱流が強化されるためである。本研究は、３次元リコネクションにおいてシア駆動不安定性による電磁波動が磁気散逸過程において重要な役割を果たすことを計算機シミュレーションによって初めて実証したという点で非常に重要である。
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