宇宙プラズマにおけるミラー不安定性の非線形発展の研究

空间等离子体镜不稳定性非线性演化研究

• 批准号: 09J03154
• 负责人: 小路 真史
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J03154/
• 关键词: 宇宙プラズマ; ハイブリッドシミュレーション; ミラー不安定性; 電磁イオンサイクロトロン不安定性; トリガード放射; プロトン・オーロラ; magnetic decrease; magnetic peaks

非線形段階におけるミラーモード磁場構造の合体を詳細に調べるために、2次元、3次元の開放境界モデルにおけるシミュレーションを行った。磁気ピーク、磁気ホールと呼ばれる、近年の衛星観測で注目されている磁場構造とミラー不安定性の関係について解析を行った。イオンベータ値に関するパラメータ解析を行った結果、高ベータ条件において2次元、3次元ともに磁気ピーク構造が現れた。低ベータにおいては、2次元モデルでは磁気ホールが、3次元モデルでは磁気ピークがそれぞれ得られた。高ベータ値の場合、より大きな振幅の波動が励起される。このとき平行方向に電場が発生し、粒子が加熱され、磁場に沿って粒子群が移動しやすくなる。これによって、高ベータにおいては、ミラーモードを形成する反磁性電流の合体が隣り合う者同士で頻発する。その電流構造の合体に伴って磁場構造も合体していくため、磁気ホールは崩れる。残った磁場の強い領域が、磁気ピークとして存在することを示した。一方で低ベータの場合は、磁場の弱い領域に粒子が補足され続けることで、磁気ホール構造が安定して存在していることを示した。一方3次元モデルでは、粒子の運動の自由度が2次元モデルよりも多いために、粒子群の合体が促進される。従って2次元モデルで磁気ホールが出来るパラメータにおいても、磁気ピークが卓越する。また、複数回の電磁イオンサイクロトロン(EMIC)トリガード放射の後に生じる別のタイプの単一周波数のEMIC波について議論している。複数のトリガード放射の後にヘリウムのサイクロトロン周波数より低い周波数を持つEMIC波が励起されていることが、シミュレーション内で発見された。さらに、衛星観測データ解析においても同様の放射が起きていることを確認した。複数回のトリガード放射との相互作用により、高エネルギープロトンの速度分布関数は強烈に歪められる。ピッチ角散乱によって分布関数上にEMIC波を励起するような密度傾斜が形成されることがわかった。結果的に、ヘリウムのサイクロトロン周波数以下のEMIC波が成長することを示した。

为了详细研究非线性阶段中镜模磁场结构的合并，在二维和三维开放边界模型中进行了模拟。我们分析了磁场结构与镜像不稳定性（称为磁峰和磁孔）之间的关系，这些磁峰和磁孔在最近的卫星观测中引起了人们的注意。由于对离子β值的参数分析的结果，在高β条件下的二维和三维都出现了磁峰结构。在低β中，在2D模型中获得了磁孔，并在3D模型中获得了磁峰。对于高β值，较大的振幅波是激发的。目前，在平行方向上产生电场，导致颗粒加热，从而使颗粒更容易沿磁场移动。结果，在高β中，在相邻的人之间经常出现形成镜像模式的直流电流的组合。随着电流结构的结合，磁场结构也结合在一起，磁孔塌陷。结果表明，坚固的剩余磁场区域作为磁峰存在。另一方面，在低β的情况下，颗粒在该区域中连续补充有弱磁场，表明磁孔结构是稳定的。另一方面，在3D模型中，与2D模型相比，颗粒运动的自由度增加了，该模型促进了颗粒的聚结。因此，即使在允许二维模型中磁孔的参数中，磁峰也是出色的。还讨论了多个电磁离子回旋（EMIC）触发辐射后发生的另一种单频EMIC波。在模拟中发现，多个触发的排放是频率低于氦气转基因频率的EMIC波的激发。此外，已经证实在卫星观察数据分析中也发生了类似的辐射。与多个触发辐射的相互作用极大地扭曲了高能质子的速度分布函数。已经发现，螺距角散射会产生一个密度梯度，从而激发了EMIC在分布函数上。结果，显示出在氦气的回旋频率以下的EMIC波。

项目成果

Nonlinear Evolutions of the Mirror-mode and the L-mode Electromagnetic Ion Cyclotron Instabilities

镜像模式和L模式电磁离子回旋加速器不稳定性的非线性演化

• 发表时间: 2009
• 作者: Shoji,M.;Y.Omura
• 通讯作者: Y.Omura

Three-Dimensional Mirror Mode Structures : Comparison with the Magnetic Peaks and Decreases

三维镜像模式结构：与磁峰和磁减少的比较

• 发表时间: 2009
• 作者: Shoji,M.;Y.Omura
• 通讯作者: Y.Omura

Hybrid simulations of electromagnetic ion cyclotron chorus emissions in a dipole geometry

偶极几何结构中电磁离子回旋加速器合唱发射的混合模拟

• 发表时间: 2010
• 作者: 小路真史;大村善治
• 通讯作者: 大村善治

Electromagnetic ion cyclotron waves in the helium branch induced by multiple electromagnetic ion cyclotron triggered emissions

多个电磁离子回旋加速器触发发射引起的氦分支中的电磁离子回旋波

• DOI: 10.1029/2011gl048427
• 发表时间: 2011
• 期刊: Geophysical Research Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Shoji M.;Y.Omura;B.Grison;J.Pickett;I.Dandouras;M.Engebretson
• 通讯作者: M.Engebretson

Nonlinear Mirror Mode Structures in Multidimensional Models

多维模型中的非线性镜像模式结构

• 发表时间: 2011
• 作者: Shoji;M.;Y.Omura;L.C.Lee
• 通讯作者: L.C.Lee