多階層連結シミュレータによる磁気圏高エネルギー粒子の輸送と加速過程の解明

使用多级耦合模拟器阐明磁层中高能粒子的传输和加速过程

基本信息

批准号：
14J05103
负责人：
中山洋平
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J05103/
关键词：
大規模シミュレーション並列コンピューティングオーロラ爆発宇宙天気多階層連結シミュレーションサブストーム高エネルギー粒子観測グローバルMHDシミュレーションテスト粒子シミュレーションイオン加速輸送問題

项目摘要

地球は固有磁場(地磁気)を有しており、地球磁気圏を形成している。太陽表面の爆発などによってサブストームに代表される電磁擾乱現象が発生すると、地球磁気圏内の高エネルギー粒子が急激に増加し地球を取り囲むように流れる電流(リングカレント)が増大する。この擾乱時のリングカレントの増大は地磁気を大きく乱し、地上インフラに悪影響を与えることから、その増大を模擬、理解することが求められている。本研究の目的はリングカレントを構成している粒子の内、特にサブストーム発生に対する影響が大きい重イオンの酸素イオンに着目し、その加速、輸送を計算機上で再現することでサブストーム発生時の高エネルギー酸素イオンの増大メカニズムを解明することである。採用三年目である本年度は酸素イオンの起源である電離圏から内部磁気圏へ至るまでのグローバルな領域での加速・輸送を包括的にシミュレーションで再現し、サブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の解明に取り組んだ。開発した大規模シミュレーションは衛星観測で散見される磁気圏尾部における突発的な非断熱加速と電離圏からの直接供給両方の再現に成功した。またシミュレーション結果の解析により高エネルギー酸素イオンの増加には磁気圏尾部における突発的な非断熱加速の寄与が大きく、約95%以上の高エネルギー酸素イオンはこの加速過程によって生成され内部磁気圏高エネルギー酸素イオン群を形成していることを明らかにした。これは未解明であったサブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の様相を明らかにした学術意義の高いものであり、開発したシミュレーションコードは様々な磁気圏研究への応用が期待される。

地球具有固有的磁场（地磁），该磁场形成地球的磁层。当电磁障碍（例如实体）发生在太阳系表面上的爆炸引起的时，地球磁层中的高能量颗粒突然增加，并且围绕地球的电流（环电流）在地球上增加。在干扰过程中的环电流的增加极大地破坏了地磁，并对地面基础设施产生负面影响，因此有必要模拟和理解增加的增加。这项研究的目的是关注重离子的氧离子，这些氧对构成环电流的颗粒中产生了很大影响，并通过在计算机上重现这些颗粒的加速和运输，从而阐明了增加高能产生高能氧离子的机制。今年是使用的第三年，我们已经在全球区域进行了全面再现的加速度和运输，从电离层（这是氧离子的起源），到内部磁层，通过模拟，并努力阐明与不能型相关的磁层氧气的加速度。我们开发的大规模模拟成功地复制了磁尾中突然的，非绝热的加速度，这在卫星观测中可以看到，也可以从电离层进行直接供应。此外，对仿真结果的分析表明，磁铁尾巴中突然的，非绝热的加速度有助于增加高能氧离子的增加，并且大约95％或更多的高能氧离子是由这种加速过程产生的，形成了一个内部磁磁体高含量高的高含量高氧气。这在学术上具有很高的意义，揭示了与实体相关的磁层氧气加速度的不清楚，并且预计开发的模拟代码将应用于各种磁层研究。

项目成果

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科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Oxygen ion acceleration and transport in the near-earth plasma sheet during the substorms

亚暴期间近地等离子体片中氧离子的加速和传输

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nakayama;Y.;Y. Ebihara;and T. Takashi
通讯作者：
and T. Takashi

Generation mechanism of L-value dependence of oxygen flux enhancements during substorms

亚暴期间氧通量增强L值依赖性的生成机制

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yohei Nakayama;Yusuke Ebihara;Takashi Tanaka;Shinichi Ohtani;Matina Gkioulidou;Kazue Tanahashi;Lynn Kistler;Craig Kletzing
通讯作者：
Craig Kletzing

Johns Hopkins University/NASA Goddard Space Flight Center　(米国)

约翰霍普金斯大学/美国宇航局戈达德太空飞行中心（美国）