多階層連結シミュレータによる磁気圏高エネルギー粒子の輸送と加速過程の解明

地球は固有磁場(地磁気)を有しており、地球磁気圏を形成している。太陽表面の爆発などによってサブストームに代表される電磁擾乱現象が発生すると、地球磁気圏内の高エネルギー粒子が急激に増加し地球を取り囲むように流れる電流(リングカレント)が増大する。この擾乱時のリングカレントの増大は地磁気を大きく乱し、地上インフラに悪影響を与えることから、その増大を模擬、理解することが求められている。本研究の目的はリングカレントを構成している粒子の内、特にサブストーム発生に対する影響が大きい重イオンの酸素イオンに着目し、その加速、輸送を計算機上で再現することでサブストーム発生時の高エネルギー酸素イオンの増大メカニズムを解明することである。採用三年目である本年度は酸素イオンの起源である電離圏から内部磁気圏へ至るまでのグローバルな領域での加速・輸送を包括的にシミュレーションで再現し、サブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の解明に取り組んだ。開発した大規模シミュレーションは衛星観測で散見される磁気圏尾部における突発的な非断熱加速と電離圏からの直接供給両方の再現に成功した。またシミュレーション結果の解析により高エネルギー酸素イオンの増加には磁気圏尾部における突発的な非断熱加速の寄与が大きく、約95%以上の高エネルギー酸素イオンはこの加速過程によって生成され内部磁気圏高エネルギー酸素イオン群を形成していることを明らかにした。これは未解明であったサブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の様相を明らかにした学術意義の高いものであり、開発したシミュレーションコードは様々な磁気圏研究への応用が期待される。

地球は固有磁場(地磁気)を有しており、地球磁気圏を形成している。太陽表面の爆発などによってサブストームに代表される電磁擾乱現象が発生すると、地球磁気圏内の高エネルギー粒子が急激に増加し地球を取り囲むように流れる電流(リングカレント)が増大する。この擾乱時のリングカレントの増大は地磁気を大きく乱し、地上インフラに悪影響を与えることから、その増大を模擬、理解することが求められている。本研究の目的はリングカレントを構成している粒子の内、特にサブストーム発生に対する影響が大きい重イオンの酸素イオンに着目し、その加速、輸送を計算機上で再現することでサブストーム発生時の高エネルギー酸素イオンの増大メカニズムを解明することである。採用三年目である本年度は酸素イオンの起源である電離圏から内部磁気圏へ至るまでのグローバルな領域での加速・輸送を包括的にシミュレーションで再現し、サブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の解明に取り組んだ。開発した大規模シミュレーションは衛星観測で散見される磁気圏尾部における突発的な非断熱加速と電離圏からの直接供給両方の再現に成功した。またシミュレーション結果の解析により高エネルギー酸素イオンの増加には磁気圏尾部における突発的な非断熱加速の寄与が大きく、約95%以上の高エネルギー酸素イオンはこの加速過程によって生成され内部磁気圏高エネルギー酸素イオン群を形成していることを明らかにした。これは未解明であったサブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の様相を明らかにした学術意義の高いものであり、開発したシミュレーションコードは様々な磁気圏研究への応用が期待される。