宇宙空間における電磁流体乱流の構造

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宇宙空間プラズマ中にみられる大振幅磁気流体波動(特にアルヴェン波動)の非線形発展過程を、理論および数値シュミレーションにより考察した。まず、DNLS方程式により記述されるアルヴェン系が可積分であり、系の初期値問題を解く逆散乱法が存在することから、太陽風中アルヴェン波動の解析に逆散乱問題の散乱データが応用できることを示唆した。従来より多く用いられているフーリエモード分解によるデータ解析の手法は、線形方程式系に最もその威力を発揮する。一方、逆散乱法により散乱データを求める際には、対象となる物理系に固有の非線形性が考慮されており、データに含まれるより高度の情報を抽出することが可能であることをしめした。次に、太陽風中ではプラズマのベータ値が高く、音波とアルヴェン波動の速度が同じオーダーであり、かつアルヴェン波動の振幅が非常に大きいため、アルヴェン波動(右偏波および左偏波の2種)と音波が3重に縮退していると考えられることを示した。これに基づき、これら3種の波動が従う新しい非線形波動方程式系(TDNLS系)を提唱した。この系は、従来知られていた磁気流体波動の従うモデル方程式(KdV、mKdV、DNLS各方程式系)を含む。この系の物理的性質を、系の可積分性および電磁流体乱流の各観点から議論した。また、大振幅アルヴェン波動の自己変調不安定性を、TDNLS系の中で考察した。更に、大振幅磁気流体波動によりプラズマ粒子が加速・加熱される過程を、数値シュミレーションにより議論し、速度拡散係数の評価を行った。