電離圏駆動MHD不安定性がもたらす新たな磁気圏ダイナミクス理論の構築

电离层驱动MHD不稳定性带来的磁层动力学新理论构建

• 批准号: 10J05197
• 负责人: 平木 康隆
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J05197/
• 关键词: アルヴェン波; オーロラ爆発; 磁気圏・電離圏結合; MHDシミュレーション; 非線型発展; フィードバック不安定; オーロラ; キャビティモード; ハイブリッドアルヴェン共鳴; 非MHD過程; 平行電場

本研究では、磁気圏・電離圏結合系におけるオーロラアークの成長を、系に固有の磁気流体力学的不安定性の非線型発展の観点から探求する。電離圏上の密度および沿磁力線電流構造として出現するアークの成長と、その非線型発展としての渦構造生成を統一的に説明することが本研究の目的である。そのための理論モデルとして、磁場閉じ込め核融合プラズマの解析に用いる簡略化磁気流体方程式を磁気圏プラズマの記述に適用するとともに、中性大気との摩擦効果を含む二流体方程式を高度積分して電離圏プラズマのモデルを設定する。こうして磁気圏・電離圏結合系モデルを構成し、3次元シミュレーションを行った。今年度の研究成果の概要を述べる。双極子磁場配位におけるアルヴェン速度の非一様性を考慮して、アルヴェン波固有モードの線型解析を行った。1-10Hz周波数帯の電離圏キャビティモードの不安定特性を詳細に押さえると共に、電離圏・磁気圏両キャビティに捕捉された"ハイブリッドアルヴェン共鳴"が励起されることを発見した。この成果をPhysics of Plasmasに発表した。次に、空間分解能を上げるため系を2次元に落とし、2場方程式を用いた非線型シミュレーションを行った。最大成長率をもったアルヴェン波固有モードを初期揺らぎとして成長させ、非一様媒質中での波の成長と非線型結合の性質を調べた。モデルを4場方程式に拡張し、アルヴェン波との結合によるスローモード成長の様子を捉えた。この成果を11th International Conference on Substorms等にて報告した。さらに、同様の設定で3次元シミュレーションを行い、アルヴェン波の非線型成長とそれに伴う渦構造の形成、初期アーク構造との相互作用について調べた。電離圏側で現れる微細構造が磁気圏側に瞬時に伝わり渦が成長する様子が捉えられた。この成果を地球電磁気・地球惑星圏学会秋期大会にて報告した。

在这项研究中，我们从系统中非线性发展的磁层开发的角度探索了磁层 - 离子层耦合系统中极光弧的生长。这项研究的目的是统一解释电离层中的密度和磁场线电流结构的弧的生长，以及作为其非线性发育的涡流结构的产生。作为此目的的理论模型，用于分析磁场限制融合等离子体的简化磁流体方程用于磁层等离子体的描述，并且包括中性大气的摩擦效应（包括摩擦效应）高度集成以建立电离层等离子模型。这样，构建了磁层 - 离子层耦合系统模型，并进行了3D模拟。我们将概述今年的研究结果。考虑到偶极子磁场协调中Alfen速度的不均匀性，对Alfen波征算术进行了线性分析。我们已经发现，精确地保持了1-10Hz频带中电离层腔模式的不稳定性特征，并且在电离层和磁层腔中都捕获了“杂化弧共振”。这项成就已介绍给等离子体的物理学。接下来，为了增加空间分辨率，将系统降至两个维度，并使用两场方程进行非线性模拟。随着初始波动的最大生长速率，具有最大生长速率的Alfen波征素原料，研究了不均匀培养基中波生长和非线性偶联的特性。将模型扩展到四场方程，以捕获由于与Alfen波的耦合而捕获缓慢的模式生长。该结果在第11届国际实量和其他国际会议上进行了报道。此外，在相同的设置下进行了三维模拟，以研究Alfen波的非线性生长，涡流结构的形成以及与初始ARC结构的相互作用。捕获的是，在电离层侧出现的微观结构立即传播到磁层侧，从而导致涡流生长。在地球电磁和地球和行星球体社会的秋季会议上，该结果报道了这一结果。

项目成果

Formation of finger-like structures in fragmentation of small-scale patchy aurora

小尺度斑片极光破碎过程中手指状结构的形成

• 发表时间: 2010
• 期刊: Journal of Geophysical Research
• 作者: 平木康隆;他
• 通讯作者: 他

Magnetic transport on the solar atmosphere by laminar and turbulent ambipolar diffusion

层流和湍流双极扩散在太阳大气中的磁传输

• 发表时间: 2010
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: 平木康隆;他
• 通讯作者: 他

Toward understanding of the dynamics of upper atmospheric discharges

了解高层大气排放的动态

• 发表时间: 2011
• 作者: Yuki Yoshida;Yukiko Tokoro;Yasuyuki Ura;Kenji Wada;Take-aki Mitsudo;Akio Toshimitsu;Teruyuki Kondo;平木康隆
• 通讯作者: 平木康隆

Stability of Alfven eigenmodes in the vicinity of auroral arc

极光弧附近阿尔文本征模态的稳定性

• 发表时间: 2013
• 期刊: Journal of Geophysical Research (掲載確定)
• 作者: M.Sato;T.Suzuki;K.Misawa;大野円実;大野円実;平木康隆
• 通讯作者: 平木康隆

Eigenmode analysis of feedback instability in a nonuniform magnetic flux tube

非均匀磁通管反馈不稳定性的本征模分析

• 发表时间: 2011
• 作者: Hatasu Kobayashi;Koji Abe;Tohru Matsuura;Yoshio Ikeda;Toshiaki Hitomi;Yuji Akechi;Toshiyuki Habu;Wangyang Liu;Hiroko Okuda;Akio Koizumi;吉田佑孟・所佑希子・浦康之・和田健司・光藤武明・木村祐・年光昭夫・近藤輝幸;平木康隆
• 通讯作者: 平木康隆