地球内部電磁流体現象に関する数値計算技法の開発

地球内部磁流体动力学现象数值计算技术的发展

基本信息

批准号：
02246207
负责人：
寺沢敏夫
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1990
资助国家：
日本
起止时间：
1990 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

地球などの天体の磁場生成のメカニズムの研究をするとき,磁場・速度場が非線型方程式の連立解として与えられること,本質的に3次元の計算が必要となることのため,解析的取扱いと数値計算が共に極めて困難である.更に,従来行われてきた天体磁場生成に関するシミュレ-ションの計算方法(固有関数展開方法)では,固有関数評価に相当の手間がかかり,膨大な計算時間が必要とされてきた.本研究では,θ,r方向にはスプライン法,φ方向にはスペクトル法による微分評価を行い,3次元球座標格子上の電磁流体力学計算を行うスキ-ムを開発した.このスキ-ムは物理量の空間微分の評価において,固有関数展開法と同程度の精度を維持しながら,計算時間を短縮できるという利点がある.計算スキ-ムがダイナモ問題に応用できるためには,(1)球面の境界条件を正確に扱うこと,(2)特に真空中のポテンシャル磁場と滑らかに接続することができることが必要であるが,本研究で開発したスキ-ムはこれらの要請を満たしている.開発したスキ-ムをテストするため,上記と同じ要請を持つがダイナモよりは容易な問題として,太陽風ー非磁化惑星(金星・火星)・衛星(月)相互作用の問題を扱いスキ-ムの有効性を確認した.この問題の場合,中心には電気伝導度有限の惑星・月中心核があり,電気伝導度の非常に低い地殻(電磁気学的には真空)を隔てて電気伝導度の高い磁化プラズマが流れている.太陽風に流されてきた惑星間空間磁場は真空層を貫き中心核と相互作用を始める.特に月の場合,このような描像はアポロによる探査の時代から知られていたが,3次元計算の困難のため,完全な解は知られていなかった.本研究で得た計算結果はまだ予備的なものだが,今後より現実的なパラメタのもとでの計算を行うことにより,月の構造などについても新しい知見が得られる可能性がある.

当研究诸如地球之类的天体中磁场产生的机理时，分析和速度场都作为非线性方程的系统解，并且基本上需要三个维度的计算，并且分析处理和数值计算非常困难。此外，已经进行了用于天体磁场产生（本征函数扩展方法）的常规模拟方法，并且需要进行特征功能评估，并且需要大量计算时间。在这项研究中，在θ和r方向上，我们开发了一项浏览，用于使用光谱方法的光谱方法进行差异评估，并在三维球形坐标晶格上进行电磁水动力学计算。此脱脂的优点是，它可以减少计算时间，同时保持与征函数扩展方法在评估物理量的空间差异时相同的准确性。为了使计算略微应用于发电机问题，（1）可以准确处理球形表面的边界条件，（2）要平稳连接到潜在的磁场，尤其是在真空中。有必要做到这一点，但是这项研究中开发的脱水符合这些要求。要测试缩放的开发，我们已经处理了与上述相同的要求，但比发电机更易于执行，我们已经检查了脱脂的有效性。在这种情况下，行星和月球中心的核心具有有限的电导率，并且具有很低的电导率，并且具有电力电导率（电力电量）。高度磁化的等离子体流动。星际空间磁场已被太阳风流动，它穿透真空层并开始与中央核相互作用。特别是，在月球的情况下，自阿波罗探索以来就已经知道了这样的图像，但是由于三维计算的困难，尚无完整的解决方案。在这项研究中获得的计算结果仍然是初步的，但是通过在将来进行更现实的参数下进行计算，可以获得对月球结构的新见解。