太陽面爆発現象における速い磁気リコネクション発生機構の研究

太阳爆炸现象中快速磁重联机制研究

基本信息

批准号：
15J02548
负责人：
高橋卓也
金额：
$ 1.22万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者は、太陽面上の爆発現象（太陽フレア）のエネルギー解放過程から、宇宙プラズマ擾乱（宇宙嵐）の形成に至るまでを記述する理論的基礎の確立を目指して研究を進めた。当該年度においては、主に以下の三点の成果を上げた。（１）３次元電磁流体シミュレーションを用いた太陽フレアの再現と、エネルギー解放に伴う乱流構造の解析、（２）太陽フレアに伴う太陽コロナ中の衝撃波とプロミネンス（重いプラズマ）の相互作用の力学過程の解明、（３）巨大フレアとそれに伴うコロナ質量放出の形成・伝搬に関する新しい描像の提出、の三点である。まず、（１）では、太陽フレアにおけるプラズマ噴出運動と、そのエネルギー解放を担う「磁力線つなぎかえ」の力学過程を世界最高分解能の三次元電磁流体数値シミュレーションを用いて再現した。その結果、磁力線つなぎかえの現場で自発的に形成される様々な乱流構造や流体不安定性が、エネルギー解放の間欠性や準周期的振る舞いに重要な役割を担うことを、世界で初めて指摘した。次に、（２）では、太陽フレアに伴うコロナ中の衝撃波と、太陽プロミネンスと呼ばれる重いプラズマの相互作用の素過程を再現する三次元電磁流体シミュレーションを行い解析を行った一方で、その力学過程を表現する解析モデルを作り、数値シミュレーションの結果をよく再現することを確かめた。そこで得た結果を踏まえて観測データを再解析することによって、それまで直接観測が非常に困難であったコロナ中の衝撃波物理量について、定量的な議論をする土台を得た。最後の（３）では、太陽フレアの規模と、それに伴うプラズマ噴出（コロナ質量放出）の質量・速度の関係を記述するスケーリング則を導き、統計観測によって裏付けた。また、コロナ質量放出が惑星間空間を伝播する過程を記述する解析モデルを作成した。以上により、太陽フレアと宇宙嵐をつなぐ理論的基礎を得た。

申请人进行研究的目的是建立一个理论基础，描述从太阳表面爆炸现象（太阳耀斑）的能量释放过程到空间等离子体扰动（空间风暴）的形成的一切。回顾本财年，我们取得了以下三项主要成果。 (1) 使用三维磁流体动力学模拟和分析伴随能量释放的湍流结构来再现太阳耀斑，(2) 与太阳耀斑相关的日冕中冲击波和日珥（重等离子体）之间相互作用的动力学，(3) 提供关于巨型耀斑形成和传播以及随之而来的日冕物质抛射的新图景；首先，在（1）中，我们使用世界上最高分辨率的三维磁流体动力学数值模拟来再现太阳耀斑中的等离子体喷射运动以及负责能量释放的“磁力线重联”的机械过程。因此，我们在世界上第一个指出，在磁力线重联处自发形成的各种湍流结构和流体不稳定性在能量释放的间歇性和准周期行为中发挥着重要作用。接下来，在（2）中，我们进行了三维磁流体动力学模拟，以重现与太阳耀斑和重等离子体（称为日珥）相关的日冕中的冲击波之间相互作用的基本过程，并分析了该力学过程，我们创建了一个分析模型。表达了这一点并证实它很好地再现了数值模拟结果。根据所得结果对观测数据进行重新分析，为定量讨论此前极难直接观测的日冕冲击波物理量奠定了基础。最后，在（3）中，我们推导出了一个标度定律，该定律描述了太阳耀斑的规模与伴随它们的等离子体抛射（日冕物质抛射）的质量和速度之间的关系，并用统计观察来支持它。我们还创建了一个分析模型来描述日冕物质抛射通过行星际空间传播的过程。至此，我们获得了连接太阳耀斑和空间风暴的理论基础。