速度分布関数に基づく磁気圏描像の確立

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人工衛星による地球磁気圏の直接観測によって得られたプラズマの速度分布関数および電磁場の観測データを基点とし、粒子シミュレーションを用いることによって、磁場のエネルギーをプラズマのエネルギーに素早く変換する物理素過程として宇宙空間の様々な場所で非常に重要な役割を果たしている磁気リコネクションによる粒子加速過程の解明に取り組んでいる。本年度の成果は、(1)駆動型磁気リコネクションの2.5次元電磁粒子シミュレーションコードを用いた数値実験を行い、先行研究で報告されていた非熱的電子に加えて、非熱的イオンの生成に成功した。生成された非熱的イオンのエネルギースペクトルはべき指数4程度のべき乗則に従い、非熱的イオンのエネルギー密度としては全体の1割程度を占めており、地球磁気圏尾部において磁気嵐時に磁気リコネクション近傍において直接観測されたイオンのエネルギースペクトルと類似したものが得られた。また、(2)粒子軌道を追跡することにより、非熱的イオンは伸長されたイオン拡散領域におけるメアンダリング運動による加速に加えて、磁気リコネクションに伴う高速流の下流で磁場が強くなる領域における磁場勾配・曲率ドリフト加速によって生成されていることを明らかにした。さらに、(3)駆動型磁気リコネクションの外部駆動電場の強度を変化させるパラメータサーベイを行い、外部駆動電場が強いほどリコネクション電場が強く、イオンおよび電子の加速効率が良くよりハードなべきが得られることを示した。