より大規模で複雑なリコネクション層に見られる電子ダイナミクスの研究

在更大、更复杂的重联层中发现的电子动力学研究

• 批准号: 08J09859
• 负责人: 田中 健太郎
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Japan Aerospace Exploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J09859/
• 关键词: 磁気リコネクション; イオンスケール電流層; 宇宙プラズマ; 粒子加速; 温度非等方性; 粒子シミュレーション; 地球磁気圏; 磁気島融合; プラズマ宇宙; 磁気圏境界面

(1)磁気リコネクションのトリガー過程の研究は過去から行われているが、未だその全貌は解明されていない。その中で、イオン温度非等方性という新しいパラメタを導入し、以下の結論を得た。(1)初期イオン温度非等方性が1.5を超える時のみ、テアリングの飽和レベルが爆発的に増加する。(2)空間3次元性はリコネクション過程を早めるだけで、飽和レベルに顕著な働きをしない。(3)磁気島中心で発達するガス圧力蓄積タイムスケールと、リコネクションフラックスの成長タイムスケールとの時間差が飽和レベルを決定づける重要な要素である。(2)磁気リコネクショントリガー後は電流層構造が大規模な時空進化を遂げ、幾つかの領域でリコネクションによる電子加速が起こると期待される。大規模な電流層で発生する磁気島融合過程を詳細に調査し、動的な磁気島融合で発生する電場が電子の相対論的加速を可能にする事を突き止めた。また、磁気島融合が多段的に促進されると、電子加速のプロセスが切り替わることを示した。この新たな加速過程は、磁気島融合の度に現れるので、磁気島融合が続く限り電子は加速し続ける事を予言した。(3)地球磁気圏境界層的な状況で発生する磁気リコネクションは、(1)境界層を跨ぐ密度ジャンプ、(2)境界層を跨ぐプラズマ流のシア、そして(3)境界面に対して垂直な向きに発生する磁場(ガイド磁場)によって特徴付けられる。これら効果の組み合わせによる効果の検証を実行した結果、プラズマ密度が非対称な系でプラズマ流のシアとガイド磁場との組み合わせがX-lineを磁気圏境界層に沿ってスライドさせる事を明らかにした。系統的な調査によって、X-lineのスライドは(1)シアの効果が卓越するときイオン流に依って規定され、(2)ガイド磁場の効果が卓越するとき電子流に依って規定されることが示された。

（1）过去已经进行了对磁重新连接过程的研究，但尚未澄清全局。其中，引入了一个称为离子温度各向异性的新参数，并获得了以下结论。 （1）仅当初始离子温度各向异性超过1.5时，撕裂饱和水平才会爆炸。 （2）空间3D仅加速重新连接过程，并且对饱和水平没有显着影响。 （3）在磁岛中心发展的气压积累时间尺度和重新连接通量的生长时间尺度之间的时差是决定饱和水平的重要因素。 （2）在磁重新连接触发器之后，当前层结构将经历大规模的时空演化，并且由于重新连接而引起的电子加速度将发生在几个区域。我们详细研究了在大规模电流层中产生的磁岛融合过程，发现动态磁岛融合中产生的电场允许电子的相对论加速。还已经显示，磁岛融合的多阶段促进将切换电子加速度的过程。每次发生磁岛融合时，这种新的加速过程都会出现，因此我们预测，只要磁岛融合继续，电子将继续加速。 （3）在诸如地球磁层边界层之类的情况下产生的磁重连接的特征是（1）密度在边界层跨越边界层的剪切，（2）在边界层跨边界层的等离子体流的剪切，（3）磁场（引导磁场）在垂直于边界层的方向产生。由于验证了结合这些效应的效果，因此发现在具有不对称等离子体密度的系统中，剪切和等离子体流动的引导磁场的组合会导致X线沿磁层边界层滑动。系统的研究表明，当剪切效应流行时，将X线载玻片定义为（1），当引导磁场效应流行时，（2）通过电子流进行定义。

项目成果

Electron acceleration via magnetic island coalescence

通过磁岛聚结进行电子加速

• 发表时间: 2009
• 期刊: Proceedings of the International Conference "Future Perspectives of Space Plasma and Particles Instrumentation and International Collaboration (印刷中)
• 作者: 篠原育;他3名
• 通讯作者: 他3名

Merging of magnetic islands as an efficient accelerator of electrons

• DOI: 10.1063/1.3491123
• 发表时间: 2010-10
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: Kentaro Tanaka;Tsubasa Yumura;M. Fujimoto;I. Shinohara;S. Badman;A. Grocott

Effects on magnetic reconnection of a density asymmetry across the current sheet

• DOI: 10.5194/angeo-26-2471-2008
• 发表时间: 2008-08
• 期刊: Annales Geophysicae
• 影响因子: 1.9
• 作者: Kentaro Tanaka;A. Retinò;Y. Asano;M. Fujimoto;I. Shinohara;A. Vaivads;Y. Khotyaintsev;M. André;M. Bavassano-Cattaneo;S. Buchert;C. Owen

Electron acceleration at anti-X-lines during coalescence of magnetic islands

磁岛合并过程中反 X 线处的电子加速

• 发表时间: 2009
• 作者: 高萩洋希・藤部聡・岩澤伸治;Kentaro G.Tanaka;Kentaro G.Tanaka;Kentaro G.Tanaka
• 通讯作者: Kentaro G.Tanaka

Re-distribution of ion pressure tensor during explosive reconnection

爆炸重联过程中离子压力张量的重新分布

• 发表时间: 2009
• 作者: 高萩洋希・藤部聡・岩澤伸治;Kentaro G.Tanaka
• 通讯作者: Kentaro G.Tanaka