令和7年度第12回STPPセミナー
令和7年度第12回STPPセミナー
2025/07/07
発表者:礒野 航 (D3)
発表タイトル:
日) 磁力線構造解析手法の開発およびその応用に関する検討
英) Development and Application of Analysis Methods for Magnetic Field Line Structures
要旨:
日) 地球磁場と太陽風の影響によって構成される地球磁気圏は、太陽風の変動によって大きく変化する。地球磁場の強度分布や方向は、地球周辺で見られるプラズマ現象の振る舞いを定める最も重要な要素の一つである。そのため、地球磁場の構造を把握、評価することは地球周辺でのプラズマ現象を把握し、放射線帯やオーロラなどのジオスペース分野の研究を進めるうえで非常に重要である。
これまでの研究では、磁場の曲率や強度勾配を評価する手法を開発し、それがプラズマ波動、特にMHD波動にどのように影響するかについて明らかにしてきた。本発表では、これまで開発してきた磁場の曲率や強度勾配を評価する手法を地球磁気圏に応用する方法についての検討過程を発表する。
geopackのパフォーマンス改善 地球磁場モデルとして有名なチェガネンコモデルを計算するライブラリであるgeopackを改良し、数十倍の速度で計算できるようにした。これにより、磁場形状の把握に必要な計算コストが大幅に削減され、より議論を促進できるようになった。
Curvature scatteringへの議論へとつながる、曲率とラーモア半径の比率分布についての検討 Curvature scatteringとは、磁力線の曲率に伴い、磁力線の曲率半径と同程度のスケールを持つプラズマがより等方的な速度分布になるよう散乱されるものである(Martin et al., 2000; Sergeev et al., 1983)。近年では、電子の散乱に伴い、放射線帯から磁気圏尾部にかけて広がる領域において、高エネルギー電子に対しての役割が注目されており、観測による統計解析なども行われている(Wilkins et al., 2023)。この散乱においては、磁力線の曲率半径とラーモア半径の比率が最も重要であるとされている。本研究では、これまでの曲率に関する研究の知見と、上述したgeopackのパフォーマンス改善を用いて、曲率半径とラーモア半径の比率の磁気圏内の分布についての検討を行う。
英) The Earth’s magnetosphere, formed by the interaction of the Earth’s magnetic field and the solar wind, changes significantly due to solar wind fluctuations. The intensity distribution and direction of the Earth’s magnetic field are among the most crucial factors determining the behavior of plasma phenomena observed in the near-Earth environment. Therefore, understanding and evaluating the structure of the Earth’s magnetic field is extremely important for comprehending these plasma phenomena and advancing research in geospace fields, such as radiation belts and auroras.
In previous research, we have developed methods for evaluating the curvature and intensity gradient of the magnetic field, and have clarified how these affect plasma waves, particularly MHD waves. In this presentation, we will report on the process of applying these developed methods to the Earth’s magnetosphere.
Performance Improvement of geopack We improved geopack, a well-known library for calculating the Tsyganenko magnetic field model, enabling calculations to be performed several tens of times faster. This significantly reduces the computational cost required to understand the magnetic field structure, thereby facilitating further discussion.
Investigation of the Distribution of the Ratio of Curvature Radius to Larmor Radius, Leading to Discussion of Curvature Scattering Curvature scattering is a phenomenon where plasma particles are scattered toward a more isotropic velocity distribution when their Larmor radius is comparable to the radius of curvature of the magnetic field lines (Martin et al., 2000; Sergeev et al., 1983). Recently, its role concerning high-energy electrons has gained attention in the region extending from the radiation belts to the magnetotail, with statistical analyses from observations being conducted (Wilkins et al., 2023). In this scattering process, the ratio of the magnetic field line’s radius of curvature to the Larmor radius is considered most critical. This study investigates the distribution of this ratio within the magnetosphere, utilizing our previous findings on curvature and the aforementioned performance improvements in geopack.