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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

利用多点观测卫星研究地球磁尾高速流动及数值计算

基本信息

批准号：
09J07898
负责人：
井筒智彦
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
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

项目摘要

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.

The purpose of this study is to understand the transport process in outer space. In this study, we investigate the existence of turbulence in outer space. Cosmic turbulence is usually caused by turbulence in fluid and by dispersion in transport. The theoretical formula for calculating the dispersion coefficient is used to discuss the possibility of dispersion. For example, the artificial satellite acquired the velocity distribution of the satellite and analyzed it in detail. The dispersion process of the satellite was not confirmed. The following are recorded. Analysis of the case of THEMIS satellite multi-point simultaneous detection. The origin of solar wind in the magnetic field is determined by the time series variation of density and the velocity distribution. The results show that turbulent vortices exist in the magnetic field and the magnetic field freezes. In this paper, turbulent flow and dispersion field are investigated. The equation of motion of the particles interacting with each other is based on the resonance condition. The dispersion of the particles in the vertical direction of the magnetic field is determined by the ratio of the velocity distribution of the waves. In the case analysis of THEMIS satellite measurements, the kinetic theory of the interaction of particles in turbulent waves is proved. In this paper, the method of statistical analysis is used to analyze the motion theory of the transmission of magnetic waves in the low latitude and daylight side of the boundary plane.