地球流体核内のダイナモ作用による磁場生成維持機構の数値シミュレ-ション

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地球中心外核の流体運動によって,地球磁場を生成維持するダイナモ過程を追跡するため,外核を3次元球殼としてモデルをつくり,溶融した鉄でみたされていると考えられる球殼内の流体運動を微分回転と,球殼全体にひろがるグロ-バル対流があるとして,微分回転とグロ-バル対流の構造を与えて,3次元電磁流体方程式を数値積分し,磁場の行動を探った。微分回転の構造はグロ-バル対流の流れの構造と別のメカニズムによって決められる場合も含めて考えるため,二つの構造は独立して,電磁流体力学の方程式の中に入れた。微分回転の構造は各種のものを任意に与え,解である磁場の振舞いから,逆にその構造を推定するという道をとった。グロ-バル対流の構造は,線形化されたナビエ・スト-クス方程式の解から導びかれたものを与えた。その性質の中で,解が回転軸のまわりに西進して伝幡すること,ヘリカル構造をもつこと,の2点は,ダイナモが働くために不可決であることがわかった。2点とも回転の影響である。この性質があれば,他の性質はダイナモの解にそれほど影響がないこともわかった。微分回転の構造は,ダイナモの解の性質を大きく左右し,一般的な場合,大陽周期の磁場にみられる,振動解になるが,微分回転の構造が,内部に向って回転速度が遅くなるような場合,磁場の極性を反転しないで,しかも磁場の構造も変化せずに,その強さのみ強めていく解があることがわかった。この研究により,磁場の起源論の基本的問題である,電磁流体の運動によって,磁場が生成維持できるかという問いに肯定的に答えられたばかりでなく,地球磁場のような定常ダイナモも働らくこと,あるいは,地球磁場の経度方向西進もグロ-バル対流のパタ-ンの西進とむすびつけて考えられることが,わかった。これらのダイナモ過程の〓過程を,磁力線の一般的振舞いとして理解するための磁力線の3次元空間における幾何学もわかった。