太陽風・磁気圏プラズマ内におけるMHD乱流の発生

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太陽風・磁気圏プラズマの様々の局面で発生する電磁流体力学的(MHD)乱流について解析的手段ならびに数値実験の手法を用いた理論的研究を行った。特に(1)コロナ起源の大振幅MHD波動の非線型崩壊過程とそれに伴う太陽風の加速・加熱機構を解明したこと,(2)磁気圏境界面で発生するケルビン・ヘルムホルツ不安定性に伴う粒子輸送効果を見積ったこと,(3)準平行衝撃波に伴う粒子加速効果の物理的機構を明らかにしたこと,の3点が本年度の主要な成果である。(1)これまで乱流状のアルフベン波は崩壊不安定に対し安定であるとの理論的結果が広く受け入れられていたが,実は太陽近傍の低β領域(βは音速とアルフベン速度の比の自乗である)ではこの結果は当てはまらず,アルフベン波が崩壊過程により効果的にプラズマにエネルギ-を渡すことを示した。この結果は,電磁流体シミュレ-ションの手法により,大振幅の乱流状アルフベン波の非線型発展を追跡して得られたものである。(2)この不安定性についてはこれまで電磁流体近似のもとで扱われてきたが,現実の磁気圏境界面の厚さはイオンのサイクロトロン半径の数倍程度にも薄くなるから,近似の精度は明らかでなかった。以前の我々のグル-プで開発したハイブリッド・シミュレ-ション・コ-ドを2次元化しケルビン・ヘルムホルツ不安定性の扱いを可能とした。有限サイクロトロン半径の効果により,速いイオンの渦輸送が起きることを見いだしている。(3)独マックスプランク研究所のグル-プと共同で研究を進めている。我々は理論解析を担当しおり,独のグル-プがシミュレ-ションで見いだしたイオンの異常加速過程がサイクロトロン低調波共鳴の概念によって説明できることを示した。(発表準備中)