局所構造を含む宇宙プラズマMHD乱流:起源、統計解析、粒子輸送

空间等离子体 MHD 湍流，包括局部结构：起源、统计分析、粒子输运

基本信息

批准号：
06J09778
负责人：
成行泰裕
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、宇宙プラズマ中のMHD乱流に関する非線形発展、及びプラズマ粒子の運動論的効果を考慮した理論・シミュレーションによる解析を行い、衛星データ解析結果を解釈するための基礎的知見を得ることを目的としている。今年度は、太陽風中において最も重要な磁気流体波動である、大振幅の平行伝播アルフヴェン波の非線形発展に関する研究を、実際の太陽風中におけるアルフヴェン波の性質(高ベータプラズマ中、非単色など)に着目して行い、前年度に引き続き以下のような新たな知見を得た。○プラズマが高ベータである地球近傍において本質的に重要となる、有限イオン温度効果(イオンランダウ減衰、有限ラーマ半径効果)を含むアルフヴェン波のパラメトリック不安定性の線形分散関係式を導出し、無衝突減衰が有効でないアルフヴェン波の不安定性にも有限のイオン温度効果が本質的な寄与をすることを明らかにした。さらに、ハイブリッドシミュレーションを用いて、理論の妥当性を検証し、有限イオン温度効果が実際の太陽風中においては線形分散関係式で予測されるよりもさらに重要であることを示した。○実際に宇宙空間で観測される波動を想定した非単色アルフヴェン波の非線形発展についての数値実験を行い、磁場の変調により励起される有限振幅の縦波が「非線形的な」変調不安定を駆動することを示した。また、実際の太陽風中で確認されているような有限の位相相関(局所構造)がそれらの非線形的に駆動される不安定性によって生成され得ることを指摘した。さらに、上記の有限イオン温度効果を考慮した場合に、この駆動型の変調不安定性がアルフヴェン波の減衰に極めて大きな役割を果たすことを示した。このことにより、これまでの太陽風アルフヴェン波の理論と観測との間にあった矛盾の一部が解決されたといえる。

本研究旨在通过考虑空间等离子体中MHD湍流的非线性演化和等离子体粒子的动力学效应进行理论和模拟分析，获得解释卫星数据分析结果的基础知识。今年，我们将研究大振幅、平行传播的阿尔芬波的非线性演化，阿尔芬波是太阳风中最重要的磁流体动力波，继去年的基础上，我们获得了以下新发现。 ○我们推导了阿尔文波参数不稳定性的线性色散关系表达式，包括有限离子温度效应（离子朗道阻尼、有限拉赫马半径效应），这在等离子体处于高β的地球附近至关重要结果表明，有限离子温度效应对阻尼无效的阿尔芬波的不稳定性也有重要贡献。此外，我们使用混合模拟来验证理论的有效性，并表明有限离子温度效应在实际太阳风中比线性色散关系预测的更重要。 ○我们对非单色阿尔芬波的非线性演化进行了数值实验，假设在空间中实际观察到波，结果发现由磁场调制激发的有限振幅纵波驱动“非线性”调制不稳定。我们还指出，有限相位相关性（局部结构），例如在真实太阳风中观察到的相位相关性，可以由其非线性驱动的不稳定性产生。此外，我们表明，当考虑到上述有限离子温度效应时，这种驱动调制不稳定性在阿尔芬波的衰减中起着极其重要的作用。这可以说解决了太阳风阿尔文波理论与观测之间的一些矛盾。