その場観測から宇宙プラズマ構造の二次元像を再現する手法の開発と試験

点击翻译按钮获取中文摘要

Grad-Shafranov再構築法(以下、GS法)は、その場観測からMHD(電磁)流体とみなせるプラズマの二次元構造を再現するためのデータ解析手法である。GS法は、単一衛星(Geotail衛星など)および編隊観測衛星(Cluster衛星など)から得られたデータに適用され、宇宙空間にあるプラズマ・磁場構造について、多くの有用な情報(構造のサイズ、その形状、磁力線のトポロジー、空間的に一様とみなせる方向などの情報)をもたらしている。しかしながら、(1)構造は時間変化しない、(2)構造は二次元である、という仮定に基づいているため、手法適用の際には注意をはらう必要がある。すなわち、現実にはこれらの仮定が破れていたとしても適用結果は出てきてしまうが、結果をどれほど信用してよいのか判断するすべはないのである。そこで19年度は、三次元磁気リコネクションのMHDシミュレーションの結果をもちいて、手法の適用範囲・限界を試験した。このシミュレーションでは、リコネクションが起きていない電流層に、局所的に異常抵抗を与えることにより、リコネクションをトリガーする。すなわち、三次元的で非定常なリコネクションジェットが生成される。この非定常ジェットを疑似観測したデータをGS法のインプットとして使用し、適用結果がシミュレーション中に見られる構造とどれぐらい似ているかを調べた。その結果、仮定が破れている場合には、GS法は磁力線のトポロジーを正確に再現することはできないが、構造の形状やサイズなどは、構造が非定常かつ三次元であったとしても(上の仮定が二つとも破れていたとしても)、かなりよく再現できることが分かった。