交換型磁気リコネクションの磁場トポロジー

开关磁重联的磁场拓扑

• 批准号: 20K03894
• 负责人: 渡辺 正和
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03894/
• 关键词: 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; 磁気流体

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。

The detailed analysis and visualization of the Earth's magnetic field were carried out in the past year. The results of this study are summarized as follows: The basic analysis of the magnetic field was developed by the University of Tsukuba, and the level-set method was used to track the magnetic field. This analysis is based on Newton's method for finding zero point (magnetic field = 0). The first order term (magnetic field coordination) of the magnetic field structure is obtained from the zero point of the magnetic field structure. For each zero point, the intrinsic value of the magnetic field matching parameter is calculated, and the intrinsic value of the magnetic field matching parameter with the same sign is traced. The magnetic field of the magnetic field is divided into two parts: the magnetic field and the magnetic field. The electric field along the magnetic field can be calculated by calculating the state of the magnetic field. The magnetic field lines in the adjacent areas are replaced by the magnetic field lines in the separated parts and adjacent areas. The shape of the magnetic field after the entry is shown in the figure below. 3-dimensional magnetic field, generally speaking, anti-parallel magnetic field, parallel magnetic field, parallel magnetic field This topic is going to be developed in the future. The current point is determined by the first approximation. Quasi-constant magnetic field For example, when the interplanetary space magnetic field is rapidly excited, the migration process is zero, and the higher-order term is contained. High order zeroes are resolved by means of the development of high order zeroes.

项目成果

Two current systems in the preliminary phase of sudden commencements in the magnetosphere

磁层突然开始的初始阶段的两个电流系统

• DOI: 10.1186/s40623-022-01624-3
• 发表时间: 2022
• 期刊: Earth, Planets and Space
• 作者: Fujita;S.;& Tanaka;T.
• 通讯作者: T.

磁気圏ダイナモと磁気圏磁場トポロジー

磁层发电机和磁层磁场拓扑

• 发表时间: 2020
• 期刊: オーロラ物理学シリーズ
• 作者: 渡辺正和

Topology and geometry of interchange-type reconnection in the terrestrial magnetosphere

陆地磁层中交换型重联的拓扑和几何

• 发表时间: 2021
• 作者: Watanabe;M.;Asano;T.;Cai;D.;Xiong;P.;Fujita;S.;and Tanaka;T.
• 通讯作者: T.

Global Simulation of the Jovian Magnetosphere: Transitional Structure From the Io Plasma Disk to the Plasma Sheet

• DOI: 10.1029/2021ja029232
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: T. Tanaka;Y. Ebihara;M. Watanabe;S. Fujita;R. Kataoka

Formation and release of the Harang reversal relating with the substorm onset process

与亚暴爆发过程相关的哈朗反转的形成和释放

• DOI: 10.1029/2020ja028170
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Tanaka;T.;Ebihara;Y.;Watanabe;M.;Den;M.;Fujita;S.;Kikuchi;T.;Hashimoto;K. K. ;and Kataoka;R.
• 通讯作者: R.