地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割
DESCRIPTION
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. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/1.jpg)
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
磁気リコネクション研究の新展開 2003/07/17
![Page 2: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/2.jpg)
![Page 3: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/3.jpg)
Polar Cap Potential Drop 100 kVPolar Cap > 75 degrees L = 2 x 3.14 x 6371.2 x 30/360 = 3300 kmE = 100kV / 3300km = 30 mV/mB = 60000 nT V = E/B = 30 mV/m / 60000 nT = 500 m/sT = 3300km / 500 m/s = 100 min
Vsw = 500 km/sT = 100 Re/500 km/s = 20 min
![Page 4: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/4.jpg)
Nishitani et al. JGR 2001
![Page 5: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/5.jpg)
Plasma Convection in the Tail
Stationary vs Bursty
Paterson et al. JGR 1998
100 Re/10 km/s = 1000 min Angelopoulos et al. 1999
![Page 6: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/6.jpg)
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?
![Page 7: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/7.jpg)
Bx 4.3 nT
By 4.9 nT
Bz 2.6 nT
Bt 7.9 nT
Bh 7.1 nT
Inc 20 度
![Page 8: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/9.jpg)
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 1 Re = 6371.2 km
2.遠地球磁気圏尾部 100 Re
3.近地球磁気圏尾部 20-30 Re
![Page 10: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/10.jpg)
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)
![Page 11: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/11.jpg)
1.昼間側磁気圏境界面 southward IMF Bz case northward IMF Bz case
![Page 12: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/12.jpg)
1.昼間側磁気圏境界面 southward IMF Bz case Time Delay 10 minutes
almost simultaneously
![Page 13: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/13.jpg)
1.昼間側磁気圏境界面 southward IMF Bz case
component merging antiparallel merging
component merging antiparallel merging
![Page 14: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/14.jpg)
1.昼間側磁気圏境界面
southward IMF Bz case
quasi-steady reconnection flux transfer event (transient reconnection)
![Page 15: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/15.jpg)
January 18, 1999
![Page 16: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/16.jpg)
Spacecraft Observations
1977 ISEE-1, 2 plasma flows 1984 AMPTE/IRM1992 Geotail
1996 Polar electron distributions zero magnetic field
2000 Cluster
![Page 17: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/17.jpg)
Spacecraft Observations
1977 ISEE-1, 2 plasma flows 1984 AMPTE/IRM1992 Geotail
![Page 18: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/18.jpg)
Spacecraft Observations
Polar
![Page 19: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/19.jpg)
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?
![Page 20: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/23.jpg)
1.近地球磁気圏尾部 サブストームとの関連
![Page 24: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/24.jpg)
1.近地球磁気圏尾部 サブストームとの関連
どこで起きているか? 未だ未解決
1970 年代 18 Re Vela 15 Re IMP1980 年代 ISEE 1, 2 (apogee of 22.4 Re) No tailward flows IRM (apogee of 18.6 Re) No tailward flows1990 年代 20-30 Re Geotail2000 年代 Cluster (apogee of 19 Re) Several events
![Page 25: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/25.jpg)
1.近地球磁気圏尾部 サブストームとの関連
1970 年代
Nishida and Nagayama 1973
-10 -20 -30 -40 -50 -60
![Page 26: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/27.jpg)
1.近地球磁気圏尾部 サブストームとの関連
どこで起きているか? 未だ未解決
1970 年代 18 Re Vela 15 Re IMP1980 年代 ISEE 1, 2 (apogee of 22.4 Re) No tailward flows IRM (apogee of 18.6 Re) No tailward flows1990 年代 20-30 Re Geotail2000 年代 Cluster (apogee of 19 Re) Several events
![Page 28: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/28.jpg)
Geotail
![Page 29: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/29.jpg)
![Page 30: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/30.jpg)
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
![Page 31: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/31.jpg)
Geotail 1992 July -
![Page 32: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/32.jpg)
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
![Page 33: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/33.jpg)
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
![Page 34: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/35.jpg)
電子 4000 km/s イオン 2500 km/s
Large negative Bz
![Page 36: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/36.jpg)
![Page 37: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/37.jpg)
![Page 38: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/38.jpg)
![Page 39: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/39.jpg)
![Page 40: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/40.jpg)
![Page 41: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/41.jpg)
![Page 42: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/42.jpg)
![Page 43: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/43.jpg)
![Page 44: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/44.jpg)
![Page 45: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/45.jpg)
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 以後 電子スケールの現象
![Page 46: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/46.jpg)
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 決定打となりうる 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
![Page 47: 地球磁気圏における 磁気リコネクションの役割](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062408/56813c7b550346895da61338/html5/thumbnails/47.jpg)
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