計算機シミュレーションによる木星電離圏・熱圏・磁気圏結合電流に関する研究

利用计算机模拟研究木星的电离层、热层和磁层耦合电流

基本信息

批准号：
07J01316
负责人：
垰千尋
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

木星熱圏大気運動・電離圏伝導度及び磁気圏プラズマ対流を同時に解くモデルを開発し、電流構造および領域間相互作用による電流系への効果を明らかにした。オーロラ電子降込による大気加熱・電離を含めて中性大気運動および電気伝導度を求める。得られた大気運動・伝導度と、磁気圏プラズマの共回転速度からの遅れのため電離圏に印加される電場から、電流分布を導出する。この電流の収束・発散から沿磁力線電流量を求め、磁気赤道面の動径電流の加速効果を含む磁気圏プラズマ運動を同時に解く。沿磁力線電流および極域電場を更新させて、熱圏・電離圏・磁気圏間の相互作用を扱う。この新たに開発したモデルを用い、以下の課題に取り組んだ。1.熱圏大気運動による結合電流構造への効果熱圏中性大気は、磁気圏・電離圏からの影響を大きく受けつつも、高速自転に起因するコリオリ力等に拘束される。この大気運動が、結合電流分布を変えることを初めて示した。中性大気運動の効果によって、オーロラ領域の電流が30%変わりうる。また、この大気運動効果の90%以上が熱圏高度300-700kmで決定付けられることが明らかになった。本研究で採用した電離圏密度および電気伝導度の導出方法により、従来の電流モデルを用いた研究に比べて、外側境界における電流値を仮定せずに、閉じた系内で電流分布を導出することができる。2.太陽紫外線がもたらす電流系の周期変化と特徴抽出太陽紫外線の日変化に応じて電気伝導度が変化し、その結果、流れる電流量、さらに電気伝導度が変化することにより、沿磁力線電流量は日変化を示す。FAC時間変化に対し、磁気赤道プラズマ密度は系の慣性を担い、プラズマ質量フラックスは磁気赤道プラズマ加速領域および昼側FACの最大値を制限することを示した。さらに、これらの数値計算および理論式から、FAC絶対値の惑星自転角速度依存性を始めて示すことができた。

我们开发了一个同时求解木星热层大气运动、电离层电导率和磁层等离子体对流的模型，并阐明了电流结构和区域间相互作用对电流系统的影响。计算中性大气运动和电导率，包括极光电子沉淀引起的大气加热和电离。电流分布源自所获得的大气运动/电导率以及由于磁层等离子体同转速度的延迟而施加到电离层的电场。我们根据该电流的会聚和发散来计算场对准电流，并同时求解磁层等离子体运动，包括磁赤道面中径向电流的加速效应。我们更新场对准电流和极电场来处理热层、电离层和磁层之间的相互作用。使用这个新开发的模型，我们解决了以下问题。 1 热层大气运动对耦合电流结构的影响热层中性大气受磁层和电离层的影响较大，但也受到高速旋转产生的科里奥利力的约束。我们首次证明这种大气运动改变了耦合电流分布。中性大气运动的影响可以使极光区的电流改变30%。还透露，这种大气运动效应90%以上是由300-700公里的热层高度决定的。与使用传统电流模型的研究相比，本研究中采用的推导电离层密度和电导率的方法使我们能够在不假设外边界的电流值的情况下推导封闭系统内的电流分布。 2. 太阳紫外线带来的电流系统的周期性变化及特征提取电导率随着太阳紫外线的日变化而变化，从而导致流过的电流量，随着电导率的变化，场对准电流量表示每日变化。结果表明，磁赤道等离子体密度决定了系统相对于 FAC 时间变化的惯性，等离子体质量通量限制了磁赤道等离子体加速区域和日侧 FAC 的最大值。此外，根据这些数值计算和理论公式，我们首次展示了FAC绝对值对行星自转角速度的依赖性。