地球磁気圏尾部領域の電流層で生じる爆発的磁気リコネクションに対する臨界条件の研究

地球磁尾区当前层发生爆炸磁重联的临界条件研究

• 批准号: 04J54111
• 负责人: 田中 健太郎
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J54111/
• 关键词: 磁気リコネクション; 地球磁気圏尾部; 臨界条件; プラズマ物理; イオンスケール電流層; ガイド磁場; 計算機シミュレーション; 粒子計算

3次元大規模粒子計算により、宇宙プラズマ中で生じる爆発的磁気リコネクションの臨界条件を検証しました。磁気リコネクションは、本来無衝突である宇宙プラズマにおいて、電磁場エネルギーをプラズマのエネルギーに変換する重要な現象です。今年度の研究では、イオンスケールの分厚い電流層中で引き起こされる磁気リコネクションのトリガー問題を解明すべく、大規模大型計算機の持つ性能をフルに活用し主記憶容量100GB、実時間にして1ヶ月の計算を10計算以上行いました。その結果、(1)反平行の磁場配位の場合、3次元磁気リコネクションは大きなイオン-電子質量比でイオンスケールの分厚い電流層であっても素早くトリガーされることが明らかになりました。この素早さはLower-hybrid drift instability(LHDI)の手助けにより達成されます。このようなトリガーのことを、Quick Magnetic Reconnection Triggering(QMRT)と命名しました。私はQMRTに対する初期電流層厚さ・ガイド磁場強度を様々変化させたシミュレーションを行いました。その結果、QMRTが期待できなくなる臨界厚さを見出しました。ガイド磁場がないとき、QMRTは非常に分厚い電流層まで達成されました。一方、ガイド磁場が存在するとき、臨界厚さが存在することが発見されました。そのときの電流層厚さは非常に小さなものでした。さらに、LHDIに関するガイド磁場・初期電流層厚さ依存性が2次元粒子シミュレーションを行いました。LHDIに関するガイド磁場の主要な効果は以下の2点です。(1)LHDIによる電流減少が常に電流層の縁で局所的に発生します。(2)一方、電流層の中心では強いガイド磁場の下ではもはや期待できません。続いて、強いガイド磁場の下でLHDIに関する初期電流層厚さ依存性を調査しました。その結果、電流層中心に於ける顕著な電流増加は電流層が非常に薄いときに限って生じる事が示されました。2次元LHDI計算と3次元QMRT計算の比較によって、2次元の結果が3次元の結果と非常に良い対応を示すことが分かりました。これらの新事実の一部は、既に論文発表されています。

Three dimensional mass particle calculation に よ り, cosmic プ ラ ズ で in マ じ る detonation 発 magnetic 気 リ コ ネ ク シ ョ ン の critical condition を 検 card し ま し た. Magnetic 気 リ コ ネ ク シ ョ ン は, had no conflict で あ る universe プ ラ ズ マ に お い て, electromagnetic field エ ネ ル ギ ー を プ ラ ズ マ の エ ネ ル ギ ー に variations in す る important な phenomenon で す. Our study の で は, イ オ ン ス ケ ー ル の points thick layer of current い で lead き up こ さ れ る magnetic 気 リ コ ネ ク シ ョ ン の ト リ ガ ー problem を interpret す べ く, large-scale large computer の つ performance を フ ル に use し main memory capacity 100 gb, be time に し を 10 の て ヶ 1 month to calculate the above line い ま し た. , (1) the parallel の そ の results, three dimensional magnetic field coordination の occasions 気 リ コ ネ ク シ ョ ン は big き な イ オ ン - electronic quality than で イ オ ン ス ケ ー ル の points thick layer い current で あ っ て も element early く ト リ ガ ー さ れ る こ と が Ming ら か に な り ま し た. The さ <s:1> Lower-hybrid drift instability(LHDI) has helped けによ to achieve されます. こ の よ う な ト リ ガ ー の こ と を, Quick Magnetic Reconnection Triggering (QMRT) と named し ま し た. Private は QMRT に す seaborne る initial current thick さ · ガ イ ド magnetic field strength を others 々 variations change さ せ た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line い ま し た. Youdaoplaceholder0 そ results, QMRTが expects で なくなる なくなる critical thickness さを to show ま ま た た. The ガ ド ド magnetic field がな と と ガ, the QMRT まで is very に thick and the まで current layer まで achieves されま た た. Party, ガ イ が ド magnetic field exists す る と き, critical thick さ が exist す る こ と が 発 see さ れ ま し た. The thickness of the current layer is さ さ very に small さな さな <s:1> で で た た た た た た た た た た た た. さ ら に, LHDI に masato す る ガ イ ド magnetic layer thickness, initial current さ dependency が 2 dimensional particle シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line い ま し た. The LHDIに is related to the するガ するガ ド ド magnetic field <e:1>. The main な effects are as follows: <s:1> 2 です. (1) The LHDIによる current decreases, the が constant に current layer <s:1> is affected by the に at the で station, and the ます occurs. (2) On one side, at the center of the current layer <s:1>, there is a で で strong で ガ ガ ド ド ド magnetic field <e:1>, and under this magnetic field <s:1>, there is an expectation of で で <s:1> <s:1> や や や や and で ません ません. 続 い て, strong い ガ イ ド under magnetic field の で LHDI に masato す る initial current thick さ dependency を survey し ま し た. そ の results, current layer center に in け る 顕 the な が raised は requirement by current layer is very thin に い と き に limit っ て raw じ が る things in さ れ ま し た. Two yuan LHDI と three yuan QMRT calculation の is に よ っ て, 2 dimensional の results が three yuan の と very good に い 応 seaborne を shown す こ と が points か り ま し た. The release schedule of a に and に paper by Shin-jinji されて れら ます.

项目成果

Effects of guide field on quick magnetic reconnection triggering

• DOI: 10.1029/2004gl021191
• 发表时间: 2004-11
• 期刊: Geophysical Research Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: K. Tanaka;I. Shinohara;M. Fujimoto