磁気リコネクション研究 2006/04/21 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割 長井嗣信 東京工業大学 磁気圏の概観 Geotail Near-Tail Observations Sun Solar Wind Bow Shock Magetosheath Magnetopause Magnetotail Dungey モデル(J. W. Dungey, Phys. Rev. Lett., 6, 47, 1961) 磁気リコネクション 太陽フレアー 「ようこう」 磁気リコネクション 磁力線の動き 地球磁気圏での磁気リコネクションの起きる場所 １．昼間側磁気圏境界面 10 Re ２．遠地球磁気圏尾部 100 Re ３．近地球磁気圏尾部 20-30 Re 1 Re = 6371.2 km １． 昼間側磁気圏境界面での磁気リコネクション southward IMF Bz case northward IMF Bz case antiparallel merging component merging quasi-steady reconnection flux transfer event (transient reconnection) １． 昼間側磁気圏境界面での磁気リコネクション southward IMF Bz case 惑星間空間磁場が南を向いている時 Interplanetary Magnetic Field (IMF) B = (Bx, By, Bz) IMF Bz < 0 Convection in the polar cap for IMF Bz < 0 from the ground magnetic field variations Maezawa 1976 昼間側磁気圏境界面での磁気リコネクションの開始 southward IMF Bz case Time Delay 10 minutes almost simultaneously Magnetic Reconnection in the Magnetopause IMF Bz < 0 Gosling et al., 1990 昼間側磁気圏境界面 southward IMF Bz case component merging antiparallel merging component merging どこで起きるか？ 赤道面でぶつかるところ 磁場が反平行 antiparallel merging Magnetic reconnection site on the dayside IMF Bz < 0 Component Merging Nishida and Maezawa 1971 Antiparallel Merging Crooker 1979 Antiparallel Merging Component Merging Antiparallel Merging Component Merging 昼間側磁気圏境界面 southward IMF Bz case 両者とも起きている component merging antiparallel merging component merging antiparallel merging southward IMF Bz case 惑星間空間磁場が南を向いている時 Interplanetary Magnetic Field (IMF) B = (Bx, By, Bz) By の 影響 Magnetic reconnection site Bz < 0 By > 0 By < 0 Gosling et al., 1990 IMF By > 0 magnetic reconnection Dayside Tail Lobe Gosling et al., 1985 昼間側磁気圏境界面 継続時間 southward IMF Bz case quasi-steady reconnection flux transfer event (transient reconnection) 継続 短時間 Flux Transfer Events (FTEs) Russell 1979 magnetosheath magnetosphere Flux Transfer Event (FTE) January 18, 1999 昼間側磁気圏境界面 の 課題 southward IMF Bz case (northward IMF Bz case) antiparallel merging component merging quasi-steady reconnection flux transfer event (transient reconnection) Spacecraft Observations 1977 ISEE-1, 2 1984 AMPTE/IRM 1992 Geotail plasma flows 1996 Polar electron distributions zero magnetic field 2000 Cluster Spacecraft Observations 1977 ISEE-1, 2 1984 AMPTE/IRM 1992 Geotail plasma flows Spacecraft Observations Polar Bx 4.3 nT By 4.9 nT Bz 2.6 nT Bt 7.9 nT Bh 7.1 nT Inc 20度 昼間側磁気圏境界面 southward IMF Bz case northward IMF Bz case IMF Bz < 0 IMF Bz > 0 Dungey 1963 IMF Bz > 0 magnetic reconnection Song and Russell 1992 IMF Bz > 0 magnetic reconnection IMF Bz > 0 magnetic reconnection Maezawa 1976 Convection in the polar cap for IMF Bz > 0 from ground magnetic field variations Maezawa 1976 Tail Lobe Convection for IMF Bz > 0 Maezawa 1976 Magnetic Reconnection on the Dayside IMF Bz < 0 Steady reconnection Component merging near the equator Antiparallel merging at high-latitudes Patchy reconnection Flux Transfer Event (FTE) IMF Bz > 0 Reconnection above the polar cusp (tail lobe reconnection) IMF By > 0 or By < 0 解決すべき問題 昼間側磁気圏境界面 １．IMF Bzが南を向くだけで磁気リコネクションは起きるか？ ２．磁気リコネクションは継続して起きているのか？ ３．磁気リコネクションは十分に、 energy, mass, and momentumを輸送しているか？ ４．どのタイプの磁気リコネクションがどれだけの役割を 担っているか？ ５．磁気圏シースの磁場変動の影響はあるか？ 解決を困難にしている要因 １．人工衛星が磁気リコネクションのその場にいられるか？ ２．磁気リコネクションの領域の周辺条件 観測とシミュレーション ３．グローバルシミュレーションにおけるIMF Bxの取り扱い ２．遠磁気圏尾部 ISEE-3 (1983) Geotail(1992-1994) による観測 研究の新展開 観測の絶対的な不足 ３．近磁気圏尾部 Geotail(1994-) Cluster (2001-)による観測 研究の新展開 Plasma Convection in the Tail Stationary vs Bursty Paterson et al. JGR 1998 100 Re/10 km/s = 1000 min Angelopoulos et al. 1999 １．近地球磁気圏尾部 サブストームとの関連 Signatures of Magnetotail Reconnection Fast Earthward Flows with Bz > 0 Bz < 0 Fast tailward Flows with Bz < 0 Fast Tailward Flows Location of Magnetic Reconnection at 20-30 RE in the Magnetotail Nagai et al. 1998 Geotailにより 何がわかったか？ Geotail 以前 Plasma Flows がある 磁場Bzが南を向く Geotail 磁気リコネクション？ MHD スケール Ion スケール の現象が見えてきた
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