Electron acceleration at Earth's bow shock: PIC simulations and MMS observations

地球弓激波下的电子加速：PIC 模拟和 MMS 观测

• 批准号: 22K03703
• 负责人: 大塚 史子
• 金额: $ 2.16万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03703/
• 关键词: 電子加速; 地球バウショック; 準垂直衝撃波; ホイッスラー波動; 無衝突衝撃波; 数値シミュレーション

地球バウショックの準垂直衝撃波側では、ベキ乗のエネルギースペクトルを持つ非熱的電子が人工衛星によるその場観測で直接捉えられているが、その加速メカニズムの詳細は明らかでない。本研究では、従来と比べ圧倒的な高時間分解能を誇るMMS衛星との比較に耐える高精度の衝撃波シミュレーションを行い、電子が電磁場構造・波動とどこでどのような相互作用を経て、ベキ型の電子エネルギースペクトルを生成するにいたるのか、その過程を解明することを目的としている。本年度は、１次元全粒子計算による衝撃波シミュレーションを行い、衝撃波再形成過程に伴い、衝撃波遷移層前面に突発的に生成される高エネルギー電子の詳細な軌道解析を行い、種々の加速メカニズムの寄与を定量的に評価した。その結果、衝撃波遷移層内に励起された定在ホイッスラー波動が電子加速に最も寄与することを明らかにした。電子は、定在ホイッスラー波動の磁場変動がもたらす微細構造に捕捉されている間に、ホイッスラー波動の静電場成分とのランダウ共鳴によって、効率よく加速される。地球バウショックの準垂直衝撃波の遷移層内でホイッスラー波動が電子散乱に寄与することが、MMS衛星による観測的証拠として報告されている(Oka et al, 2017, 2019)。本年度の高解像度数値実験で得られた、定在ホイッスラー波動による電子の局所的な加速メカニズムは新しく、本成果はホイッスラー波動と電子加速の関係性を観測的に検証するための足がかりとなり得る。

The earth's quasi-vertical impact wave side, ベキride's のエネルギースペクトルをholds the non-thermal electron が人The satellite's によるそのfield observation is directly captured by the えられているが, and the その accelerated メカニズムのは明らかでない. This study is based on the comparison of the high time resolution energy of the MMS satellite and the high-precision shock waves of the MMS satellite, and the electromagnetic field structure and wave of electrons. Dynamic とどこでどのようなinteraction を経て, ベキ type のelectronic エネルギースペクトすをGeneration するにいたるのか, そのprocess を Explain することをPurpose としている. This year, 1-dimensional full-particle calculation of shock waves, shock wave reconstruction process, shock wave re-formation process, shock wave migration layer front, The sudden generation of high-tech electrons is a detailed orbital analysis, a kind of acceleration, and a quantitative evaluation. As a result, the impulse wave within the shock wave migration layer is determined to be the electron acceleration of the wave wave and the electron acceleration is the highest. The electrons are fixed in the fluctuation of the magnetic field and captured in the microstructure. , ホイッスラーfluctuation electrostatic field component とのランダウ resonance によって, efficiency よく acceleration される. The movement of quasi-vertical shock waves in the earth's turret wave and the scattering of electrons in the migration layer Send the certification report of the MMS Satellite Test to Oka and Oka et al., 2017, 2019). This year's high-resolution high-resolution digital camera is scheduled to be located at the Hiroshima Electronics Co., Ltd. This result is a new proof of the relationship between fluctuations and electron acceleration, and the results are as follows.

项目成果

地球バウショックにおける電子加速：計算機実験とMMS観測による研究

地球弓形激波中的电子加速：利用计算机实验和 MMS 观测进行研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Fumiko Otsuka;Shuichi Matsukiyo;Mitsuo Oka;大塚史子
• 通讯作者: 大塚史子

Bursty electron acceleration at nonstationary quasi-perpendicular shocks

非平稳准垂直冲击下的突发电子加速

• 发表时间: 2023
• 作者: Kadono Toshihiko;Arakawa Masahiko;Honda Rie;Ishibashi Ko;Ogawa Kazunori;Sakatani Naoya;Sawada Hirotaka;Shimaki Yuri;Shirai Kei;Sugita Seiji;Wada Koji;F. Otsuka
• 通讯作者: F. Otsuka

Effect of whistler waves on the electron acceleration at quasi-perpendicular shocks

哨声波对准垂直激波下电子加速的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Fumiko Otsuka;Shuichi Matsukiyo;Mitsuo Oka
• 通讯作者: Mitsuo Oka

Bursty electron acceleration associated with a quasi-perpendicular shock reformation

与准垂直激波重组相关的突发电子加速

• 发表时间: 2022
• 作者: Fumiko Otsuka;Shuichi Matsukiyo;Mitsuo Oka
• 通讯作者: Mitsuo Oka