太陽風と火星上層大気の相互作用

太阳风与火星高层大气之间的相互作用

基本信息

批准号：
00J09750
负责人：
陣英克
金额：
$ 1.92万
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：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J09750/
关键词：
火星太陽風電離層金星数値シミュレーション

项目摘要

火星、金星のような非磁化惑星の上層大気と太陽風の相互作用を、数値的な手法によって調べている。両惑星とも太陽風と電離層が直接相互作用するため、太陽風と電離層の間にionopauseという境界が出来る。このことは昔からプラズマ物理の理論によって予測されていたが、実際に人工衛星で観測してみると、金星と火星の電離層内にしばしば太陽風の磁場が侵入することが解った。このことを説明するため、数々の研究者が数値的なモデルを用いるなどして研究を行ってきた。しかし、現在においても磁場の侵入過程、それから電離層内に観測のような磁場構造がどういう仕組みで出来るかについて納得の出来る解釈は無い。私は、例えば光化学反応や、重力、衝突、衝突による磁場の拡散など電離層には多くのパラメーターが存在して、それらがどう太陽風と電離層の相互作用に影響を及ぼしているかよく分からないことが、この問題を未解決のままにしている原因であると考えた。そして、それらのパラメーターが磁場の侵入にどう効くかを調べるために、流体シミュレーションコードを開発した。完成した流体コードを用いて調べた結果、重力や衝突、磁場の拡散は影響を及ぼすものの、本質的に磁場の侵入過程、磁場の構造にとって重要なのは、光化学反応による電離層プラズマの生成と消滅であることが解った。具体的には、太陽風動圧の影響が、電離層プラズマの流出入バランスに変化を及ぼし、太陽風動圧がある以上になると、電離層プラズマは支えきれず潰れてしまい、それによって太陽風が磁場を伴って流入することが明らかになった。また、光化学反応のみを考慮すると電離層は潜在的に二層構造であることが解り、磁場の流入後はこの二層構造が効いて観測のような磁場構造が作られることが明らかになった。以上のことは、これまでの研究では出てこなかった新しい、そしてもっともらしい解釈である。この成果は、投稿論文にまとめている。

数值方法用于研究上层大气与太阳风，非磁性行星（例如火星和金星）之间的相互作用。由于太阳风和电离层直接在两个行星上相互作用，因此在太阳风和电离层之间产生了一个离子界边界。长期以来，血浆物理学的理论已经预测了这一点，但是当实际观察到卫星时，发现来自太阳风的磁场通常会穿透金星和火星的电离层。为了解释这一点，许多研究人员使用数值模型进行了研究。然而，即使在今天，也没有明确的解释磁场进入过程，或者在电离层中如何实现磁场结构（例如观察到的）。我认为电离层中有许多参数，例如光化学反应，重力，碰撞以及由于碰撞引起的磁场的扩散，并且尚不清楚这些问题如何影响太阳风和电离层之间的相互作用，这是使这个问题无法解决的。然后，为了研究这些参数如何工作以侵入磁场，我们开发了流体模拟代码。使用完整的流体代码进行的研究表明，尽管重力，碰撞和磁场扩散具有效果，但实际上是通过光化学反应的电离层等离子体的产生和an灭，对于磁场进入过程和磁场的结构很重要。具体而言，已经揭示了太阳能风能压力的效果会改变电离层等离子体的流量和流量平衡，并且当有大于太阳风动态压力时，就无法完全支撑电离层等离子体并崩溃，从而导致太阳能风流带有磁场。此外，仅考虑光化学反应，揭示了电离层具有潜在的双层结构，并且在磁场流动后，该双层结构可创建类似于观察到的磁场结构。这些是先前研究中尚未发现的新的且合理的解释。这项成就在提交的论文中总结了。