多点同時観測衛星と数値計算を用いた地球磁気圏尾部の高速流の研究

本研究の目的は,宇宙空間におけるプラズマの輸送過程を理解することである.本研究では,特に,宇宙空間に普遍的に存在する乱流によって生じるプラズマ輸送について調査した.宇宙プラズマの乱流は通常のナビエストークス流体の乱流と同様に拡散的な輸送を引き起こすと考えられている.しかし,従来の研究は理論式から算出される拡散係数値を用いて乱流が起こし得る拡散の可能性を議論するのみであり,プラズマ粒子データに基づいて拡散を同定した観測的証拠はこれまで報告されていなかった.私は,人工衛星が取得するプラズマの速度分布関数データを詳細に解析することにより,これまで未確認であったプラズマの拡散過程を世界で初めて実証した.以下に内容を記す.まず,乱流スペクトルの慣性領域を構成するマクロスケールの乱流渦による拡散を調査するため,THEMIS衛星による多点同時観測の事例解析を行った.磁気圏内に存在する太陽風起源のプラズマを目印として,密度の時系列変化とプラズマ速度分布関数を多点間で比較した,その結果,乱流渦によってプラズマが磁場に凍結しながら拡散的に輸送されていることを実証した.続いて,乱流スペクトルの散逸領域を構成するミクロスケールの運動論的アルヴェン波による拡散を調査した.波と相互作用する粒子の運動方程式から共鳴条件を満たす粒子のドリフト運動が磁場垂直方向への拡散を担うことを明らかにし,観測されるプラズマ速度分布関数の比を取ることで波による輸送を同定する新しい解析手法を提案した.そして,この手法を用いてTHEMIS衛星観測の事例解析を行い,運動論的アルヴェン波乱流中の波動粒子相互作用によってプラズマの輸送が実現していることを実証した.さらに,この手法を用いた統計解析から,運動論的アルヴェン波による輸送が低緯度の昼側磁気圏境界面のどこででも起こることが明らかにした.

本研究の目的は,宇宙空間におけるプラズマの輸送過程を理解することである.本研究では,特に,宇宙空間に普遍的に存在する乱流によって生じるプラズマ輸送について調査した.宇宙プラズマの乱流は通常のナビエストークス流体の乱流と同様に拡散的な輸送を引き起こすと考えられている.しかし,従来の研究は理論式から算出される拡散係数値を用いて乱流が起こし得る拡散の可能性を議論するのみであり,プラズマ粒子データに基づいて拡散を同定した観測的証拠はこれまで報告されていなかった.私は,人工衛星が取得するプラズマの速度分布関数データを詳細に解析することにより,これまで未確認であったプラズマの拡散過程を世界で初めて実証した.以下に内容を記す.まず,乱流スペクトルの慣性領域を構成するマクロスケールの乱流渦による拡散を調査するため,THEMIS衛星による多点同時観測の事例解析を行った.磁気圏内に存在する太陽風起源のプラズマを目印として,密度の時系列変化とプラズマ速度分布関数を多点間で比較した,その結果,乱流渦によってプラズマが磁場に凍結しながら拡散的に輸送されていることを実証した.続いて,乱流スペクトルの散逸領域を構成するミクロスケールの運動論的アルヴェン波による拡散を調査した.波と相互作用する粒子の運動方程式から共鳴条件を満たす粒子のドリフト運動が磁場垂直方向への拡散を担うことを明らかにし,観測されるプラズマ速度分布関数の比を取ることで波による輸送を同定する新しい解析手法を提案した.そして,この手法を用いてTHEMIS衛星観測の事例解析を行い,運動論的アルヴェン波乱流中の波動粒子相互作用によってプラズマの輸送が実現していることを実証した.さらに,この手法を用いた統計解析から,運動論的アルヴェン波による輸送が低緯度の昼側磁気圏境界面のどこででも起こることが明らかにした.