土星内部磁気圏におけるダスト-プラズマ相互作用

土星内部磁层中的尘埃与等离子体的相互作用

基本信息

批准号：
12J03324
负责人：
堺正太朗
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

土星内部磁気圏におけるダスト-プラズマ相互作用について, 過去の観測結果に基づきイオン速度が共回転速度から遅れる原因が調べられ. イオン速度はダスト密度が大きい, あるいはダスト層の厚さが厚い時に減少することが明らかとなった. また磁気圏イオン速度は電離圏電気伝導度にも強く依存することが明らかとなった. そこで本研究では電離圏電気伝導度を求めるために電離圏プラズマ密度, 速度, 温度を数値計算によって求めた. プラズマ密度は高度1200km付近で最大値10^<10>m^<-3>となった. 速度は高度10000km以下でプロトンのような軽いイオンは上向きの速度, 重いイオンは下向きの速度を持った. 特に上向き高速流イオンは土星系において初めて提案した結果である. これは遠心力及び分極電場による加速と重力によるバランスによるものと考えられる. 温度は従来の結果から極端に高くなった. 高度2000㎞付近で2000K, 高度10000kmで20000Kとなった. 低高度ではジュール加熱が, 高高度では磁気圏からの熱流が温度上昇に寄与していることが明らかとなった. 電離圏電気伝導度はローカルタイム依存性を示した. 昼間, 伝導度は最大となり明け方に最小となる. これは磁気圏イオン速度のローカルタイム依存性を示唆している. 以上の結果から, 土星内部磁気圏は強く電離圏と結合していることが分かった. これらの成果はまもなく論文投稿予定である.カッシーニ・ラングミュアプローブのデータ解析を行い, エンセラダスプリュームのプラズマ特性を調べた. 土星内部磁気圏ではプリュームが重要なパラメターである. 電子密度とイオン密度の比はエンセラダスに近い領域で0.01, 離れると0.4となった. これはプリューム内に大量の荷電ダストが存在していることに一致している. これらの結果も論文投稿準備中である.

关于土星内部磁层中的尘埃-等离子体相互作用，根据以往的观测结果，研究了离子速度滞后于共转速度的原因，当尘埃密度高或尘埃层厚时，离子速度降低。研究表明，磁层离子速度强烈依赖于电离层电导率，因此，在本研究中，利用电离层等离子体密度、速度和温度来通过数值计算确定电离层电导率。等离子体密度在1200公里高度附近达到最大值10^<10>m^-3>，速度在10000公里以下，其中质子等轻离子具有向上的速度，重离子具有向下的速度。特别是，离子的向上高速流动是土星系统提出的第一个结果，这被认为是由于离心力和极化电场和重力之间的平衡。与之前的结果相比，2000 公里高度处的温度极高，10000 公里高度处的温度为 20000 K。低海拔地区的焦耳热和高海拔地区磁层的热流导致了温度升高。电导率表现出局部时间依赖性，白天电导率最大，黎明时电导率最小。这表明磁层离子速度与局部时间相关。根据上述结果，我们发现土星的内部磁层与电离层强烈耦合。这些结果将很快在卡西尼号探测器的数据中提交，并进行分析。研究了土卫二羽流的等离子体特征。羽流是土星内部磁层的一个重要参数。土卫二附近的电子密度与离子密度之比为 0.01，更远的地方为 0.4，这与羽流中存在大量带电尘埃的情况一致。这些结果也正在为论文提交做准备。