2014 Fiscal Year Annual Research Report
大規模粒子シミュレーションによる科学衛星・極限宇宙プラズマ環境相互作用の研究
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25870421
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
三宅 洋平 神戸大学, システム情報学研究科, 助教 (50547396)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 宇宙飛翔体プラズマ相互作用 / 宇宙プラズマ / 太陽コロナ環境 / 衛星帯電 / プラズマ粒子シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽探査衛星Solar Probe Plus（以下SPP）などの将来衛星ミッションに向け、太陽コロナなど極限プラズマ環境中における科学衛星プラズマ相互作用を精確に把握する必要がある。H26年度は3次元の電磁モデル大規模プラズマ粒子シミュレーション解析により、太陽風プラズマ・光電子・二次電子の各コンポーネントが衛星周辺で作る電流構造と、それが衛星周辺に発生させる磁場じょう乱の様相を定量的に明らかにした。主な成果は次の通りである。
①SPP衛星周辺では、太陽風プラズマ電子およびイオンの電流密度に比べて、はるかに高密度である光電子と二次電子による電流密度がドミナントである。この中でも光電子が局所的に最も大きな電流を形成しているが、その分布は衛星熱シールド周辺に集中している。これに対して、二次電子電流は衛星全体を取り囲むように万遍なく分布していることが分かった。②上記の電流による磁場じょう乱としては、光電子電流がシールド周辺に作る太陽側から見て時計回りの磁場が最も支配的であり、その強度は数nTである。一方で、二次電子電流は衛星後方のブーム付近にも環状磁場を形成する。その強度はシールド付近で観測されたものより約1桁小さいが、磁場計測器がブームに設置されることを考慮すると、注目に値する結果である。③プラズマ粒子シミュレーション解析に加えて、与えられた電流分布に対してビオ・サバール式を解くことにより、静磁場解析も実施した。その結果、上述の磁場じょう乱は、衛星から発生する電磁波動に伴う変動磁場ではなく、プラズマの定常電流による静磁場としておおむね理解できることが確認された。
これまで人類が経験したことのない極限的なプラズマ環境における衛星プラズマ相互作用を解明したという点で学術的な意義は大きい。また、将来衛星探査計画の設計や運用に適用できる知見であるという実用的な観点からも意義深い結果である。
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[Journal Article] Cross-comparison of spacecraft-environment interaction model predictions applied to Solar Probe Plus near perihelion2014
Author(s)
Marchand, R., Y. Miyake, H. Usui, J. Deca, G. Lapenta, J. C. Matéo-Vélez, R. E. Ergun, A. Sturner, V. Génot, A. Hilgers, and S. Markidis
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Journal Title
Physics of Plasmas
Volume: 21
Pages: 062901
DOI
Peer Reviewed
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