Study on ion escape mechanism from ancient Mars based on magnetohydrodynamic simulation

基于磁流体动力学模拟的古火星离子逃逸机制研究

基本信息

批准号：
21J11483
负责人：
坂田遼弥
金额：
$ 0.96万
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：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度から行っていた多成分MHDモデルによる検証と先行研究の結果を合わせて、異なる太陽XUV放射・太陽風条件下であっても、固有磁場による磁気圧と太陽風動圧の圧力比を用いることによって固有磁場が電離大気散逸（イオン散逸）に与える影響を統一的に記述できることを明らかにした（Sakata et al., 2022, JGR）。また、昨年度までに3次元化を完了させた新しい多流体MHDモデルについて、モデル検証の一環として先行モデルBATS-R-USとの比較検証を行った。現在火星を想定した条件下での多成分MHDシミュレーションを行ったところ、誘導磁気圏や電離圏の構造、惑星由来イオンの散逸率など計算結果が良く一致しており、新モデルが先行モデルと遜色ない精度で太陽風・火星電磁圏シミュレーションを行えることを確認できた。これを踏まえて新モデルに基づいた太古火星におけるイオン散逸過程についての研究を行った。固有磁場強度の異なる複数のケースについて多流体・多成分MHDシミュレーションを行い、固有磁場強度の影響および多流体化の影響を検証した。従来のモデルでは過小評価されていた電離圏アウトフローが新モデルでは大きく強化されており、強い固有磁場を想定したケースでは惑星由来イオン（酸素原子イオン、酸素分子イオン、二酸化炭素イオン）の散逸率が1桁以上増加した。太古火星などの強い固有磁場を保持する惑星でのイオン散逸過程を研究するうえでは、電離圏アウトフローをより正確に表現できる多流体MHDシミュレーションによる検証が必要であることを示した。以上にまとめた研究成果についての学術論文を現在執筆している。

结合我们去年以来一直在进行的多分量MHD模型的验证以及之前的研究结果，我们发现即使在不同的太阳XUV辐射和太阳风条件下，独特的磁效应的影响也被揭示出来。电离大气耗散（离子耗散）领域可以用统一的方式描述（Sakata et al., 2022, JGR）。此外，作为模型验证的一部分，我们对去年完成的3D新多流体MHD模型与之前的模型BATS-R-US进行了对比验证。当我们目前在假设火星的条件下进行多分量MHD模拟时，计算结果，包括感应磁层和电离层的结构以及行星离子的耗散率，吻合得很好，并且新模型与之前的模型相当。证实可以高精度模拟太阳风和火星电磁场。基于此，我们基于新模型对古代火星上的离子耗散过程进行了研究。对不同本征磁场强度的多种情况进行多流体/多组分MHD模拟，验证了本征磁场强度和多流体的影响。新模型大大增强了之前模型低估的电离层流出，并且在假设强固有磁场增加的情况下行星离子（氧原子离子、氧分子离子、二氧化碳离子）的耗散率得到改善。超过一位数。我们已经表明，为了研究具有强固有磁场的行星（例如古代火星）上的离子耗散过程，有必要使用多流体MHD模拟来验证该过程，这可以更准确地表示电离层流出。我目前正在写一篇关于上述研究成果的学术论文。