磁気リコネクション研究の新展開 2003/07/17 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 Polar Cap Potential Drop 100 kV Polar Cap > 75 degrees L = 2 x 3.14 x 6371.2 x 30/360 = 3300 km E = 100kV / 3300km = 30 mV/m B = 60000 nT V = E/B = 30 mV/m / 60000 nT = 500 m/s T = 3300km / 500 m/s = 100 min Vsw = 500 km/s T = 100 Re/500 km/s = 20 min Nishitani et al. JGR 2001 Plasma Convection in the Tail Stationary vs Bursty Paterson et al. JGR 1998 100 Re/10 km/s = 1000 min Angelopoulos et al. 1999 Dungey モデル(J. W. Dungey, Phys. Rev. Lett., 6, 47, 1961)は どれだけうまく働いているか？ Bx 4.3 nT By 4.9 nT Bz 2.6 nT Bt 7.9 nT Bh 7.1 nT Inc 20度 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 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 southward IMF Bz case northward IMF Bz case １． 昼間側磁気圏境界面 southward IMF Bz case Time Delay 10 minutes almost simultaneously １． 昼間側磁気圏境界面 southward IMF Bz case component merging antiparallel merging component merging antiparallel merging １． 昼間側磁気圏境界面 southward IMF Bz case quasi-steady reconnection flux transfer event (transient reconnection) January 18, 1999 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 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 新しい研究の方向 １．その場観測 Geotail/Cluster同時観測 低緯度と高緯度 Geotailによる低緯度観測 ２．シミュレーション 何をやることが現実的なのか？ ３．磁気リコネクションの物理の研究として 「最適な場」か？ 次期磁気圏ミッション SCOPE 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 １．近地球磁気圏尾部 サブストームとの関連 １．近地球磁気圏尾部 どこで起きているか？ 1970年代 18 Re 15 Re 1980年代 サブストームとの関連 未だ未解決 Vela IMP ISEE 1, 2 (apogee of 22.4 Re) IRM (apogee of 18.6 Re) 1990年代 20-30 Re Geotail 2000年代 Cluster (apogee of 19 Re) No tailward flows No tailward flows Several events １．近地球磁気圏尾部 サブストームとの関連 1970年代 -10 -20 -30 -40 -50 -60 Nishida and Nagayama 1973 １．近地球磁気圏尾部 サブストームとの関連 1970年代 OGO-5 VELA Russell 1972 １．近地球磁気圏尾部 どこで起きているか？ 1970年代 18 Re 15 Re 1980年代 サブストームとの関連 未だ未解決 Vela IMP ISEE 1, 2 (apogee of 22.4 Re) IRM (apogee of 18.6 Re) 1990年代 20-30 Re Geotail 2000年代 Cluster (apogee of 19 Re) No tailward flows No tailward flows Several events Geotail 何が位置をコントロールしているか？ solar wind conditions plasma sheet composition (solar cycle) 磁気リコネクションの条件を決めるものを 解明するための端緒 しかし、決定的結論はでるのか？ グローバルシミュレーションでは、 だいたい１つの場所で開始する Geotail 1992 July - 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 Geotailで見えてきたIonスケールの現象 磁場とプラズマの構造 Hall効果 電子 4000 km/s イオン 2500 km/s Large negative Bz 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？ Geotail 以後 MHD スケール Ion スケール の現象が見えてきた 電子スケールの現象 新しい研究の方向 １．その場観測 次期磁気圏観測衛星 SCOPE は プラズマ（磁場）観測と軌道 ２．シミュレーション 何をやることが現実的なのか？ 観測との連携 決定打となりうる なぜ近地球磁気圏尾部の磁気リコネクションの観測は 難しいか？ 決定的な理由 １．完全なプラズマ観測はできていない ２．磁気リコネクションを観測する確率は小さい 副次的な理由 ３．一点観測では３次元構造や他の領域との関連が わからない ４．電場観測ができていない
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