Study on the generation mechanism of micro-scale turbulence in Earth's magnetosphere based on high-resolution plasma measurements and innovative analysis methods

基于高分辨率等离子体测量和创新分析方法研究地球磁层微尺度湍流产生机制

• 批准号: 21K03504
• 负责人: 長谷川 洋
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03504/
• 关键词: プラズマ乱流; 磁気リコネクション; 磁場消滅; 人工衛星直接観測; 磁気フラックスロープ; 無衝突プラズマ; ケルビン・ヘルムホルツ不安定; 電子電磁流体力学; 地球磁気圏; 編隊飛行衛星

プラズマ乱流は太陽風や実験室プラズマなどプラズマ宇宙に普遍的に存在する現象であり、プラズマの輸送や混合などに関わる重要な素過程であるが、その励起・発達機構はよくわかっていない。その理由の一つはプラズマ乱流が成長する現場の直接観測が容易でないことである。本研究では、太陽風と地球磁気圏の相互作用によってプラズマ乱流が励起される現場である磁気圏境界領域等における人工衛星直接詳細観測のデータを最先端の解析手法を用いて分析し、乱流の励起過程に関する知見を得ることを目的としている。2022年度は、Magnetospheric Multiscale（MMS）衛星によって観測された磁気圏尾部での磁気リコネクションイベントを解析し、磁気リコネクションが発生している電子慣性長スケールの薄い電流層の中で磁場の消滅が起こっていることを世界で初めて発見した。従来、磁気リコネクション過程における磁場エネルギーから電子エネルギーへの変換はX点と呼ばれる特異点でおこり、磁気リコネクション領域に注入される磁束の一部はX点の下流にリコネクションジェットと共に放出されると考えられていた。しかし今回発表した論文では、エネルギー変換領域がジェット方向に引き伸ばされ、X点から一次元的な伸びた電流層構造を持つようになった場合には、注入された磁場がすべて電流層中で消滅しうることを、理論的考察、人工衛星データ解析、シミュレーション計算の３つの方法すべてによって示した。また、磁気圏境界領域では磁気フラックスロープなどを伴う乱流的な磁場擾乱が観測されるが、その発生機構はよくわかっていない。2022年度に行ったMMS衛星を用いたデータ解析研究によって、磁気リコネクションが起こっている電子慣性長スケールの電流層から自発的に磁気フラックスロープが発生し、その成長とともに次第により大きな磁場擾乱構造になっていくことが明らかになった。

Solar turbulence is a universal phenomenon in the universe. It is an important process related to transportation and mixing. It is an excitation mechanism. The reason for this is that it's easy to measure turbulence directly on the spot. The purpose of this study is to analyze the interaction between solar wind and the earth's magnetic field, to understand the turbulence excitation process, and to determine the field of magnetic field. In 2022, Magnetospheric Multiscale (MMS) satellites will be able to detect and analyze the magnetic field in the tail of the magnetic field, and the magnetic field will be generated in the thin current layer of the electron inertia length. The magnetic field generated by the magnetic field and the electron beam generated by the magnetic field are converted into the magnetic field at the X point and the special point at the X point. In this paper, the author discusses the theoretical investigation, the analysis of artificial satellite data, the calculation of system parameters, and the method of calculating system parameters. The magnetic field disturbance caused by turbulence in the magnetic field is detected by the magnetic field boundary. In 2022, MMS satellites were used in the analysis of magnetic field structure, magnetic field structure, electron inertia structure and current layer structure.

项目成果

MPI for Extraterrestrial Physics/Technische Universitaet Braunschweig(ドイツ)

MPI 地外物理/布伦瑞克工业大学（德国）

Origin of positive and negative energy conversion rate j*E' in an electron-scale reconnecting current sheet at the magnetopause

磁层顶电子尺度重新连接电流片中正负能量转换率 j*E 的起源

• 发表时间: 2022
• 作者: Hasegawa;H.;R. E. Denton;K. Dokgo;K.-J. Hwang;T. K. M. Nakamura;and J. L. Burch
• 通讯作者: and J. L. Burch

Hasegawa, H., R. E. Denton, K.-J. Hwang, K. Dokgo, T. K. M. Nakamura, and J. L. Burch, Generation of ion-scale magnetic flux ropes from electron-scale magnetopause current sheet

长谷川，H.，R.E. 丹顿，K.-J。

• 发表时间: 2022
• 作者: Hasegawa;H.;R. E. Denton;K.-J. Hwang;K. Dokgo;T. K. M. Nakamura;and J. L. Burch
• 通讯作者: and J. L. Burch

Transport Path of Cold‐Dense Plasmas in the Dusk Magnetotail Plasma Sheet: MMS Observations

黄昏磁尾等离子体片中冷密等离子体的传输路径：MMS 观测

• DOI: 10.1029/2021ja029747
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Nishino M. N.;Hasegawa H.;Saito Y.;Kitamura N.;Miyashita Y.;Nagai T.;Yokota S.;Russell C. T.;Gershman D. J.;Giles B. L.
• 通讯作者: Giles B. L.

Fast Magnetic Field Annihilation in Magnetotail Electron-scale Current Sheet

• DOI: 10.1002/essoar.10507891.1
• 发表时间: 2021-09
• 作者: H. Hasegawa;R. Denton;Takuma K. M. Nakamura;K. Genestreti;T. Phan;R. Nakamura;K. Hwang;N. Ahmadi;Q. Shi;M. Hesse;J. Burch;J. Webster;R. Torbert;B. Giles;D. Gershman;C. Russell;R. Strangeway;H. Wei;P. Lindqvist;Y. Khotyaintsev;R. Ergun;Yoshifumi Saito;Los Angeles;K. Hwang;P. Lindqvist