その場観測から宇宙プラズマ構造の二次元像を再現する手法の開発と試験

开发和测试一种通过现场观测再现空间等离子体结构二维图像的方法

• 批准号: 18840049
• 负责人: 長谷川 洋
• 金额: $ 1.77万
• 依托单位: Japan Aerospace Exploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18840049/
• 关键词: 電磁流体力学; グラッド・シヤフラノフ方程式; 磁気リコネクション; 磁気フラックスロープ; 逆問題; プラズマシート; 磁気圏尾部; グラッド・シャフラノフ方程式; ケルビン・ヘルムホルツ不安定; プラズマ輸送; 磁気圏境界層; 数値シミュレーション

Grad-Shafranov再構築法(以下、GS法)は、その場観測からMHD(電磁)流体とみなせるプラズマの二次元構造を再現するためのデータ解析手法である。GS法は、単一衛星(Geotail衛星など)および編隊観測衛星(Cluster衛星など)から得られたデータに適用され、宇宙空間にあるプラズマ・磁場構造について、多くの有用な情報(構造のサイズ、その形状、磁力線のトポロジー、空間的に一様とみなせる方向などの情報)をもたらしている。しかしながら、(1)構造は時間変化しない、(2)構造は二次元である、という仮定に基づいているため、手法適用の際には注意をはらう必要がある。すなわち、現実にはこれらの仮定が破れていたとしても適用結果は出てきてしまうが、結果をどれほど信用してよいのか判断するすべはないのである。そこで19年度は、三次元磁気リコネクションのMHDシミュレーションの結果をもちいて、手法の適用範囲・限界を試験した。このシミュレーションでは、リコネクションが起きていない電流層に、局所的に異常抵抗を与えることにより、リコネクションをトリガーする。すなわち、三次元的で非定常なリコネクションジェットが生成される。この非定常ジェットを疑似観測したデータをGS法のインプットとして使用し、適用結果がシミュレーション中に見られる構造とどれぐらい似ているかを調べた。その結果、仮定が破れている場合には、GS法は磁力線のトポロジーを正確に再現することはできないが、構造の形状やサイズなどは、構造が非定常かつ三次元であったとしても(上の仮定が二つとも破れていたとしても)、かなりよく再現できることが分かった。

Grad-Shafranov重建法（以下简称GS法）是一种从原位观测再现可视为MHD（磁）流体的等离子体二维结构的数据分析方法。 GS方法应用于单颗卫星（如Geotail卫星）和编队观测卫星（如Cluster卫星）获得的数据，提供了大量有用的信息（结构尺寸、形状、磁力线拓扑等信息） ，以及可以被认为是空间均匀的方向）。然而，由于它基于以下假设：（1）结构不随时间变化以及（2）结构是二维的，因此应用该方法时必须小心。换句话说，现实中，即使违反这些假设，仍然会得到应用结果，但无法判断对结果的信任程度。因此，2019年，我们利用三维磁重联的MHD模拟结果测试了该方法的适用性和局限性。在该模拟中，通过向未发生重连的当前层局部施加异常电阻来触发重连。即，产生三维且不稳定的重联射流。使用这种不稳定射流的模拟观测数据作为 GS 方法的输入，我们研究了应用结果与模拟过程中看到的结构的相似程度。结果，如果违反假设，GS方法无法准确地再现磁场线的拓扑，但结构的形状和尺寸可能会受到影响（即使结构是不稳定的和三维的）。即使两个假设都被违反），它也可以很好地重现。

项目成果

Kelvin-Helmholtz instability at the Earth's magnetopause:Characteristics and recent advances

地球磁层顶的开尔文-亥姆霍兹不稳定性：特征和最新进展

• 发表时间: 2007
• 作者: Sonnerup;B.U.O. et al.;長谷川 洋
• 通讯作者: 長谷川 洋

Kelvin-Helmbolts instagility in a magnetotail flank-like geometry : Three-dimensional HMD simulations

磁尾侧面几何形状中的开尔文-赫尔姆博尔特不稳定性：三维 HMD 模拟

• 发表时间: 2006
• 期刊: J.Geophys.Res. 111・A8
• 作者: Takagi;K. et al.
• 通讯作者: K. et al.

Kelvin-Helmholtz instability in the magnetopause boundary layer:Recent advances

磁层顶边界层的开尔文-亥姆霍兹不稳定性：最新进展

• 发表时间: 2007
• 作者: Sonnerup;B.U.O. et al.;長谷川 洋;長谷川 洋
• 通讯作者: 長谷川 洋

Single-spacecraft detection of rolled-up Kelvin-Helmholtz vortices at the flank magnetopause

• DOI: 10.1029/2006ja011728
• 发表时间: 2006-09-09
• 期刊: JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SPACE PHYSICS
• 影响因子: 2.8
• 作者: Hasegawa, H.;Fujimoto, M.;Reme, H.
• 通讯作者: Reme, H.

Simultaneous observations of fluctuating cusp aurora and low latitude magnetopause reconnectlon

涨落尖点极光与低纬磁层顶重联的同时观测

• 发表时间: 2007
• 期刊: J.Geophys.Res.-Space Phys 112
• 作者: Fuselier;S.A.;et. al.
• 通讯作者: et. al.