太陽風・磁気圏プラズマ内のMHD乱流の発生と粒子加熱・加速機構の研究

太阳风和磁层等离子体中MHD湍流的产生和粒子加热/加速机制研究

基本信息

批准号：
01540351
负责人：
寺沢敏夫
金额：
--
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1989
资助国家：
日本
起止时间：
1989 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01540351/
关键词：
天体プラズマアルフェン波乱流非線型現象粒子加速

项目摘要

本研究は太陽風・磁気圏プラズマの様々の局面で重要な役割を果たしていると考えられる電磁流体力学的(MHD)乱流の起源とそれ物理現象、特に粒子の加熱、加速を中心とした物理現象を理論的に調べることを目的とした。この現象に関しては、これまで、理論・観測の両面からいくつかの研究がなされてきた。しかし、多くは線型理論もしくは準線型理論に基づいており、MHD波動の振幅が平均場と同程度になるような非線型性が強い場合にはこうした取扱の妥当性自体が自明ではない。本研究では、そうした制約のない数値シミュレ-ションの手法を用い、MHD衝撃波における乱流発生機構、MHD乱流内における粒子の加熱・加速現象の研究、の二点に関し詳しい研究を行った。1.上流側磁場と衝撃波面の法線が平行に近い準平行衝撃波において、上流側の広い範囲にわたってイオン・ビ-ム・サイクロトロン不安定によって励起された大振幅MHD波動が衝撃波面に吸収されることに伴う粒子の散乱・加熱機構が散逸の主機構となっていることを示した。また、MHD波動の成長・吸収は準周期的に起き、それに伴って衝撃波面で加熱された粒子のエネルギ-スペクトルも準周期的に揺らぐことを見いだした。これらの新たな結果は、最近衛星観測グル-プ(米国、西ドイツ)により得られた観測結果をよく説明するものである。2.我々が先に(昭和63年度科学研究費補助金一般C62540309)、その重要性を指摘した、磁気音波とイオンの間のイオン・サイクロトロン低調波共鳴に関し磁気音波が厳密な垂直伝搬から外れ、斜め伝搬する場合の粒子加速の条件を求め、更に現実の磁気圏の条件下で、低調波共鳴が起こる条件を明らかにした。

本研究旨在研究磁流体动力（MHD）湍流的起源和物理现象，磁流体动力湍流被认为在太阳风和磁层等离子体及其物理现象，特别是粒子的加热和加速的各个方面发挥着重要作用。目的是进行理论上的研究。人们从理论和观察的角度对这一现象进行了多项研究。然而，它们大多基于线性理论或拟线性理论，当MHD波的幅度与平均场处于同一水平的强非线性时，这种处理的有效性并不明显。本研究采用不受此类约束的数值模拟方法，对MHD冲击波中的湍流产生机制和MHD湍流中粒子的加热和加速现象两点进行了详细研究。 1. 在上游磁场与激波波前法线几乎平行的准平行激波中，离子束回旋不稳定性激发的大振幅MHD波在上游大范围内被激波波前吸收结果表明，伴随的粒子散射和加热机制是耗散的主要机制。我们还发现MHD波的生长和吸收是准周期发生的，并且被激波波前加热的粒子的能谱也准周期波动。这些新结果很好地解释了卫星观测组（美国、西德）最近获得的观测结果。 2.关于磁声波与离子之间的离子回旋次谐波共振，我们之前指出（1988年科学研究总资助C62540309），磁声波偏离严格的垂直传播的条件。计算了倾斜传播情况下的粒子加速度，并阐明了真实磁层条件下发生次谐波共振的条件。