Study on ion escape mechanism from ancient Mars based on magnetohydrodynamic simulation

昨年度から行っていた多成分MHDモデルによる検証と先行研究の結果を合わせて、異なる太陽XUV放射・太陽風条件下であっても、固有磁場による磁気圧と太陽風動圧の圧力比を用いることによって固有磁場が電離大気散逸（イオン散逸）に与える影響を統一的に記述できることを明らかにした（Sakata et al., 2022, JGR）。また、昨年度までに3次元化を完了させた新しい多流体MHDモデルについて、モデル検証の一環として先行モデルBATS-R-USとの比較検証を行った。現在火星を想定した条件下での多成分MHDシミュレーションを行ったところ、誘導磁気圏や電離圏の構造、惑星由来イオンの散逸率など計算結果が良く一致しており、新モデルが先行モデルと遜色ない精度で太陽風・火星電磁圏シミュレーションを行えることを確認できた。これを踏まえて新モデルに基づいた太古火星におけるイオン散逸過程についての研究を行った。固有磁場強度の異なる複数のケースについて多流体・多成分MHDシミュレーションを行い、固有磁場強度の影響および多流体化の影響を検証した。従来のモデルでは過小評価されていた電離圏アウトフローが新モデルでは大きく強化されており、強い固有磁場を想定したケースでは惑星由来イオン（酸素原子イオン、酸素分子イオン、二酸化炭素イオン）の散逸率が1桁以上増加した。太古火星などの強い固有磁場を保持する惑星でのイオン散逸過程を研究するうえでは、電離圏アウトフローをより正確に表現できる多流体MHDシミュレーションによる検証が必要であることを示した。以上にまとめた研究成果についての学術論文を現在執筆している。

昨年度から行っていた多成分MHDモデルによる検証と先行研究の結果を合わせて、異なる太陽XUV放射・太陽風条件下であっても、固有磁場による磁気圧と太陽風動圧の圧力比を用いることによって固有磁場が電離大気散逸（イオン散逸）に与える影響を統一的に記述できることを明らかにした（Sakata et al., 2022, JGR）。また、昨年度までに3次元化を完了させた新しい多流体MHDモデルについて、モデル検証の一環として先行モデルBATS-R-USとの比較検証を行った。現在火星を想定した条件下での多成分MHDシミュレーションを行ったところ、誘導磁気圏や電離圏の構造、惑星由来イオンの散逸率など計算結果が良く一致しており、新モデルが先行モデルと遜色ない精度で太陽風・火星電磁圏シミュレーションを行えることを確認できた。これを踏まえて新モデルに基づいた太古火星におけるイオン散逸過程についての研究を行った。固有磁場強度の異なる複数のケースについて多流体・多成分MHDシミュレーションを行い、固有磁場強度の影響および多流体化の影響を検証した。従来のモデルでは過小評価されていた電離圏アウトフローが新モデルでは大きく強化されており、強い固有磁場を想定したケースでは惑星由来イオン（酸素原子イオン、酸素分子イオン、二酸化炭素イオン）の散逸率が1桁以上増加した。太古火星などの強い固有磁場を保持する惑星でのイオン散逸過程を研究するうえでは、電離圏アウトフローをより正確に表現できる多流体MHDシミュレーションによる検証が必要であることを示した。以上にまとめた研究成果についての学術論文を現在執筆している。