シアフローの存在する環境における磁気再結合現象の計算機シミュレーション

*近藤 光志[1], 鵜飼 正行[1], 坂本 義範[1]

愛媛大学工学部情報工学科[1]

Computer Simulation of Dayside Magnetic Reconnection with a Shear Flow

*Koji Kondoh[1] ,Masayuki Ugai [1],Yoshinori Sakamoto [1]
Dept. of Computer Science, Ehime University[1]

In this paper, we study the effect of solar wind (shear flow) on the magnetic reconnection in the dayside magnetopause. we have to model the magnetic reconnection in the dayside magnetopause with shear flow on computer machine in order to study them. The spontaneous fast reconnection model is used to simulate them in this paper, then the magnetic reconnetion in the dayside magnetopause with shear flow could be studied, and X point could freely move and be produced.
The results show that the velocities of X point become linearly large depending to the shear flow intensity, and that of plasmoid in the direction to the shear flow become also linearly large depending to it, whether that of plasmoid in the oposit direction to the shear flow become linearly small . The reconnection rate at the X point depends to the intensity of magnetic field in magnetosheath.

地球磁場が、太陽風により運ばれる惑星間磁場と相互作用することは、実験 ・観測等により確かめられてきた。その中でも、磁気再結合は、地球前面の 磁気境界面において惑星間のエネルギーを地球磁気圏に輸送する重要な役 割を持つと考えられてきた。地球前面での磁気再結合現象では、磁気再結 合点がサブソーラポイントにある場合、太陽風の影響を考える必要はない。 一方、サブソーラポイント付近以外では、南北方向の太陽風は磁気再結合 に影響を与えうる。
本研究では、磁気再結合における太陽風(シアフロー)の影響を調べるため、 はじめに、シアフローが存在する環境での磁気再結合現象を計算機上に実 現する。本研究では、異常電気抵抗モデルを用いて、自発的高速磁気再結 合モデルでシアフローが存在する環境での磁気再結合現象を実現した。こ れにより、シアフローの影響で磁気再結合点が移動しても、連続的に磁気 再結合が発達することができ、また、新たな磁気再結合点が発生し、磁気 ループが形成され、磁気ループの移動も観測することができた。一方、こ れまで行われてきた固定抵抗モデルでのシアフロー存在下での磁気再結合 現象の計算機シミュレーションでは、磁気再結合点が固定されている影響 を大きく受け、磁場構造が大きくその点に依存していた。そのため、本研 究において、磁気再結合点が自由に移動できる環境であることは、非常に 重要である。
本研究では、シアフローは磁気境界面をはさんで、片方の側にのみシア フローを与える。つまり、与えた側を太陽圏側(以降シース側とする)と想 定する。与えるフローは、惑星間磁場中のアルヴェン速度のC％の速度で 初期状態にのみ与え、Cをフロー強度のパラメータとする。また、初期の 磁場形状は、磁気境界面に対して対称または非対称反平行磁場とする。本 研究では、地球磁気圏側(以降磁気圏側とする)の磁場強度を１とし、シー ス側の磁場強度を0.25, 0.5, 0.75, 1.0とした4つの場合を実験した。また、 それぞれにおいて、Cの値を1, 5, 10, 30, 50, 70, 100としてフロー強度を 変えた場合を実験した。全ての場合において、磁気再結合点は自由に発生 し、フローを与えた方向に移動し、その移動速度はフロー強度に線形に大 きくなり、また、磁気ループができる前につくられた磁気再結合点の左右 にできた大きなプラズモイドは、フローの方向に移動するプラズモイドの 移動速度はフローの強度に線形に大きくなり、反対方向に移動するプラズ モイドは線形に小さくなった。
本研究では、異常抵抗値が最も大きい点を磁気再結合点として同定して いる。磁気再結合点での再結合率を抵抗値と電流値の積であらわすと、シ ース側の磁場と磁気圏側の磁場の強度が等しい場合、最も再結合率の最大 値がフロー強度に依存して小さくなり、磁気再結合の激しさ（時間に対す る再結合率の変化率）も小さくなった。一方、シース側の磁場を最小の0. 25とした場合は、フロー強度に対する違いはほとんどみられなかった。こ れは、磁気再結合の激しさがプラズマβに依存し、β値が低いほど激しく 起こることによると考えられる。なぜなら、磁気再結合が激しく起こる場 合、シアフローが大きくなるにつれて磁気再結合点の移動速度が速いこと で、磁気再結合点への流れが少なくなり、激しくない場合は、磁気再結合 点への流れがもともと少なく、磁場形状の変化も少ないために、あまり影 響を受けないことから以上のような違いが見られると考えられる。
以上の結果から、自発的高速磁気再結合モデルを用いたことで、シアフ ローを考慮した場合でも、連続的に移動した磁気再結合点での磁気再結合 現象を実現でき、磁気再結合点やプラズモイドの移動速度のフロー強度依 存性がわかった。また、異常抵抗値の磁場強度依存性、フロー強度依存性 を知ることができた。