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

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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。