宇宙線のフラクタル拡散・加速の複数衛星による観測的検証

利用多卫星观测验证宇宙线的分形扩散和加速

基本信息

批准号：
15J40063
负责人：
大塚史子
金额：
$ 2.75万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J40063/
关键词：
準平行衝撃波地球フォアショック磁気流体波動ホイッスラー波動沿磁力線ビーム粒子加速・拡散高エネルギー粒子粒子拡散・加速 PIC計算高エネルギー荷電粒子古典拡散非古典的拡散地球磁気圏衝撃波上流テスト粒子計算クラスター衛星観測

项目摘要

H28年度より取り組んでいる大規模１次元全粒子(Particle-in-cell: PIC) 計算より得られた波動・粒子データを詳しく解析し、波動の時空間発展、FAB生成のプロセスや衝撃波上流における電子加速メカニズムを議論した。以下に具体的内容を述べる。まず、FAB粒子の軌道解析を行い、太陽風イオンの一部が衝撃波面で鏡面反射し、FABとして衝撃波上流へ逆走するものと、衝撃波近傍の発達した波動と衝撃波面での反射を何度か繰り返した後、FABとなるものがあることを明らかにした。次に、加速電子に対しても同様に軌道解析を行い、主として以下の３つのプロセスを経て電子が加速する様子を確認した。(1)FABによって励起された静電場構造による反射、(2)低周波波動による磁気ミラー反射、(3)ホイッスラー波動とのサイクロトロン共鳴である。特に、プロセス(3)について詳しく解析を行った。電子はピッチ角９０度を超えない範囲で、ピッチ角散乱されながら衝撃波面へ向かって加速しており、これは双方向に伝搬する波動による散乱を介した、いわゆる二次のフェルミ加速機構とは異なる特徴を示す。波動解析の結果、一方向に伝搬する低周波アルフヴェン波の急峻化によって、双方向に伝搬する高周波ホイッスラー波が生成されていることを確認した。ただし、衝撃波から遠ざかるホイッスラー波動が９割を占めた。これらホイッスラー波動と電子散乱・加速を調べるためテスト粒子解析を行い、波動の位相相関が電子加速に本質的に重要であることを明らかにした。本研究で得られた加速機構は、二次フェルミ加速よりも素早く加速でき、電子加速の新しい加速機構として期待できる。

我们将详细分析从2011财年以来我们一直致力于的大规模一维粒子在细胞（PIC）计算中获得的波和粒子数据，以研究波的时空演化、FAB生成过程，以及激波上游的电子的加速机制进行了讨论。具体细节如下所述。首先，我们分析了FAB粒子的运动轨迹，发现部分太阳风离子在激波表面发生镜面反射，并随着FAB向激波上游向后运动，并且在激波附近发展出波多次观察冲击波表面的反射，发现有FAB的东西。接下来，对加速电子也进行类似的轨道分析，确认了电子主要通过以下三个过程进行加速。这些是（1）由于FAB激发的静电场结构引起的反射，（2）由于低频波引起的磁镜反射，以及（3）与惠斯勒波的回旋共振。特别是，我们详细分析了过程（3）。电子在不超过90度的俯仰角范围内向冲击波阵面加速，这就是所谓的通过双向传播的波的散射的二阶费米加速机制。不同的特点。通过波浪分析，我们确认双向传播的高频哨声波是通过使单向传播的低频阿尔文波变陡而产生的。然而，90% 的噪音是由远离冲击波的哨声波引起的。我们进行了测试粒子分析来研究这些哨声波和电子散射/加速，并发现波的相位相关性对于电子加速至关重要。本研究获得的加速机制可以比二阶费米加速更快，有望成为一种新的电子加速机制。