Study on the generation mechanism of micro-scale turbulence in Earth's magnetosphere based on high-resolution plasma measurements and innovative analysis methods

基于高分辨率等离子体测量和创新分析方法研究地球磁层微尺度湍流产生机制

基本信息

批准号：
21K03504
负责人：
長谷川洋
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

プラズマ乱流は太陽風や実験室プラズマなどプラズマ宇宙に普遍的に存在する現象であり、プラズマの輸送や混合などに関わる重要な素過程であるが、その励起・発達機構はよくわかっていない。その理由の一つはプラズマ乱流が成長する現場の直接観測が容易でないことである。本研究では、太陽風と地球磁気圏の相互作用によってプラズマ乱流が励起される現場である磁気圏境界領域等における人工衛星直接詳細観測のデータを最先端の解析手法を用いて分析し、乱流の励起過程に関する知見を得ることを目的としている。2022年度は、Magnetospheric Multiscale（MMS）衛星によって観測された磁気圏尾部での磁気リコネクションイベントを解析し、磁気リコネクションが発生している電子慣性長スケールの薄い電流層の中で磁場の消滅が起こっていることを世界で初めて発見した。従来、磁気リコネクション過程における磁場エネルギーから電子エネルギーへの変換はX点と呼ばれる特異点でおこり、磁気リコネクション領域に注入される磁束の一部はX点の下流にリコネクションジェットと共に放出されると考えられていた。しかし今回発表した論文では、エネルギー変換領域がジェット方向に引き伸ばされ、X点から一次元的な伸びた電流層構造を持つようになった場合には、注入された磁場がすべて電流層中で消滅しうることを、理論的考察、人工衛星データ解析、シミュレーション計算の３つの方法すべてによって示した。また、磁気圏境界領域では磁気フラックスロープなどを伴う乱流的な磁場擾乱が観測されるが、その発生機構はよくわかっていない。2022年度に行ったMMS衛星を用いたデータ解析研究によって、磁気リコネクションが起こっている電子慣性長スケールの電流層から自発的に磁気フラックスロープが発生し、その成長とともに次第により大きな磁場擾乱構造になっていくことが明らかになった。

等离子体湍流是等离子体宇宙中普遍存在的现象，例如太阳风和实验室等离子体中，是等离子体输运和混合的重要基本过程，但其激发和发展机制尚不清楚。其原因之一是直接观察等离子体湍流产生的部位并不容易。在这项研究中，我们将使用最先进的分析方法来分析磁层边界区域的详细直接卫星观测数据，其中等离子体湍流是由太阳风和地球磁层之间的相互作用激发的。获得有关该过程的知识。 2022财年，我们将分析磁层多尺度（MMS）卫星观测到的磁尾中的磁重联事件，发现在发生磁重联的电子惯性长度尺度上的薄电流层中发生磁场消光。在世界上发现传统上，磁重联过程中磁场能量转化为电子能发生在称为X点的奇点处，注入磁重联区域的部分磁通量与重联射流一起在X点下游发射有人认为。然而，在这次提出的论文中，当能量转换区域在射流方向上拉伸并具有从X点一维延伸的电流层结构时，我们证明了所有注入的磁场在电流层中消失。使用所有三种方法都是可能的：理论考虑、卫星数据分析和模拟计算。此外，在磁层边界区域观察到伴随磁通绳的湍流磁场扰动，但其发生的机制尚不清楚。利用2022年MMS卫星进行的数据分析研究表明，磁通绳是从发生磁重联的电子惯性长度尺度电流层自发产生的，并且随着它的生长，它逐渐成为一个更大的磁场扰动结构。这将会发生。

项目成果

期刊论文数量（38）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Spatial Scales of the Velocity Shear Layer and Kelvin‐Helmholtz Waves on the Magnetopause: First Statistical Results

磁层顶速度剪切层和开尔文亥姆霍兹波的空间尺度：第一个统计结果

DOI：
10.1029/2021gl097271
发表时间：
2022-02-14
期刊：
Geophysical Research Letters
影响因子：
5.2
作者：
Yue Zhou;J. Shue;H. Hasegawa;Jianyong Lu;Ming Wang;Hanxiao Zhang
通讯作者：
Hanxiao Zhang

Royal Institute of Technology/Swedish Institute of Space Physics(スウェーデン)

皇家理工学院/瑞典空间物理研究所（瑞典）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Multi-scale evolution of Kelvin?Helmholtz waves at the Earth's magnetopause during southward IMF periods

IMF南移期间地球磁层顶开尔文·亥姆霍兹波的多尺度演化

DOI：
10.1063/5.0067391
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
2.2
作者：
Nakamura T. K. M.;Blasl K. A.;Hasegawa H.;Umeda T.;Liu Y.;Peery S. A.;Plaschke F.;Nakamura R.;Holmes J. C.;Stawarz J. E.;Nystrom W. D.
通讯作者：
Nystrom W. D.

Reconstruction of the electron diffusion region with inertia and compressibility effects

具有惯性和压缩效应的电子扩散区域的重建