JAXA Repository / AIREX 未来へ続く、宙(そら)への英知
62301018.pdf2.16 MB
Other TitleDevelopment of magnetosphere-ionosphere convection to the substorm
Author(jpn)田中, 高史
Author(eng)Tanaka, Takashi
Author Affiliation(jpn)九州大学
Author Affiliation(eng)Kyushu University
Issue Date2014-03-31
Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
Publication title宇宙航空研究開発機構特別資料: 第10回宇宙環境シンポジウム講演論文集
JAXA special publication: Proceedings of the 10th Spacecraft Environment Symposium
Start page107
End page150
Publication date2014-03-31
Abstract最近のグローバルシミュレーションでは、観測されるサブストームの主要変動が、ほとんど全て再現可能となった。電離圏では、growth phase(成長相)でのオーロラオーバルの拡大とquiet arc、オンセットの重要な様相であるオーロラオーバルの赤道側から開始するオーロラとWTS(西方に伝搬するサージ)、それらと共に発生するpositive bay とPi2 が再現されている。磁気圏では、growth phase でのプラズマシートのthinning(薄くなる)、地球向きに伝搬するdipolarization front、オンセットのdipolarization(双極子化)、D-deflection(D-偏向 )が再現されている。従って数値解はかなりの信憑性を持つに至っていると言える。これらの解はグローバルな磁場プラズマの構造、3次元電流系を全て保持しており、サブストームの力学を解明する強力なデータとなる。サブストームは、不安定、異常抵抗、リコネクションなど、磁気圏プラズマ中の異常過程の現れであると信じられてきたが、数値解の解析の結果ではこれは誤りであり、サブストームは対流の発展と変動として理解されることが示される。それを理解するために、対流を駆動するエネルギー変換とFAC(沿磁力線電流)の生成機構、すなわちダイナモの形成過程を解明する。その結果では、全てのFACは磁化電流から生成され、region1FAC のダイナモはカスプーマントル領域に、region2FAC のダイナモはプラズマシートにあり、これらの構造はサブストームの場合でも変わらない。したがってダイナモのエネルギー源は常に内部エネルギーであり、expanding slow mode の構造で駆動されることが示される。サブストームオンセットに至る変動は、growth phase でプラズマシートの縁を回っていた対流の還流が、プラズマシート中心に移動すると共に、内部磁気圏に圧力領域が形成されることによる。この対流の変動はプラズマシートの力バランスの変更を伴う状態遷移であり、これによってregion2FAC の激増が発生し、オンセットに至る。数値解から、電離圏と磁気圏における各種サブストーム変動が、このような対流の構造変動とどのように連動しているかを明らかにできる。
It has been believed that the substorms is a manifestation of extraordinary plasma processes in the magnetosphere such as instability, anomalous resistivity and reconnection. In this paper, we show that this belief is a misleading concept and that substorm must be understood as the development and transition of the convection system. Major observed signatures of the substorm have all become reproducible by the recent magnetosphere-ionosphere (M-I) coupling simulation. In the ionosphere, these reproductions include enlargement of the oval and quiet arc during the growth phase, the onset that start from the equatorial edge of the oval together with Pi2 and positive bay, and the westward traveling surge (WTS). Also in the magnetosphere, the plasma sheet thinning, earthward propagating dipolarization, the dipolarization, and the D-deflection are reproduced successively. In order to understand the substorm as the change in convection system, we first study from these numerical solutions the energy conversion driving the convection and field-aligned current (FAC), namely the formation process of the dynamo. The dynamos for the region 1 and region 2 FACs are formed in the cusp-mantle region and inside the plasma sheet respectively, and are driven by expanding slow mode. These structures are unchanged even in the substorm case. The substorm onset is attributed to the phase space transition in the convection system, caused by the change in force balance in the plasma sheet. This process results in the formation of high pressure region in the inner magnetosphere and accompanying rapid increase in the region 2 FAC to cause the onset. Then we clarify how the various substorm signatures in the magnetosphere and the ionosphere are related with the corresponding developments in the convection system.
Description会議情報: 第10回宇宙環境シンポジウム (2013年12月2日-3日. 科学技術館), 東京
形態: カラー図版あり
Meeting Information: 10th Spacecraft Environment Symposium (December 2-3, 2013, Science Museum), Tokyo Japan
Physical characteristics: Original contains color illustrations
Document TypeConference Paper
JAXA Category特別資料
NASA Subject CategoryPlasma Physics
Report NoJAXA-SP-13-016

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