[論文レビュー] Pressure balance at the magnetopause: Experimental studies

A. V. Suvorova, А. В. Дмитриев|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2011

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 31被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、現実的な磁場配置下での地球の磁気圏パラメータの圧力バランスを調査し、磁気圏パラメータの距離が太陽風の動圧PdにR ~ Pd^αの関係で比例することを示している。ここで指数αは、チャープマン＝フェラロ、磁場に沿った、テール、リング電流といった追加の電流系の影響を受けて変動する。主な発見は、αが一意に定まらないこと、すなわち局所的位置と磁気活動状態に依存することであり、これは磁気圏膜の準径方向のバッシュショック条件下における非線形エネルギー移動の結果である。古典的予測α = -1/6は、非線形性の影響を考慮しないため、成立しないことが示された。

ABSTRACT

The pressure balance at the magnetopause is formed by magnetic field and plasma in the magnetosheath, on one side, and inside the magnetosphere, on the other side. In the approach of dipole earth's magnetic field configuration and gas-dynamics solar wind flowing around the magnetosphere, the pressure balance predicts that the magnetopause distance R depends on solar wind dynamic pressure Pd as a power low R ~ Pd^alpha, where the exponent alpha=-1/6. In the real magnetosphere the magnetic filed is contributed by additional sources: Chapman-Ferraro current system, field-aligned currents, tail current, and storm-time ring current. Net contribution of those sources depends on particular magnetospheric region and varies with solar wind conditions and geomagnetic activity. As a result, the parameters of pressure balance, including power index alpha, depend on both the local position at the magnetopause and geomagnetic activity. In addition, the pressure balance can be affected by a non-linear transfer of the solar wind energy to the magnetosheath, especially for quasi-radial regime of the subsolar bow shock formation proper for the interplanetary magnetic field vector aligned with the solar wind plasma flow.

研究の動機と目的

• 追加の磁場源（例：チャープマン＝フェラロ、磁場に沿った、テール、およびストーム時のリング電流）が磁気圏パラメータにおける圧力バランスに与える影響を検討すること。
• R ~ Pd^αにおけるべき乗則指数αが、磁気圏パラメータの局所的位置と磁気活動にどのように依存するかを評価すること。
• 特に準径方向のバッシュショック条件下において、太陽風エネルギーが磁気圏膜に非線形的に移動する影響が圧力バランスに与える影響を調査すること。
• 現実的な磁気圏電流系と太陽風の変動を組み込むことで、古典的ドーナツモデルによるα = -1/6の予測を精緻化すること。

提案手法

• ドーナツ型配置をベースラインとして、プラズマおよび磁場圧力がバランスする境界として磁気圏パラメータをモデル化すること。
• チャープマン＝フェラロ、磁場に沿った、テール、およびストーム時のリング電流といった複数の電流系の寄与を組み込み、それぞれが位置および活動状態に依存する影響を持つこと。
• 磁気圏パラメータ距離Rと太陽風動圧Pdの依存関係をべき乗則フィッティングにより解析し、指数αを導出すること。
• 特に、惑星間磁場が太陽風の流れと一致する場合（準径方向バッシュショック）における、磁気圏膜内での非線形エネルギー移動の影響を評価すること。
• 観測的制約と理論的モデリングを用いて、αが磁気活動に応じて空間的・時間的にどのように変化するかを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 追加の電流系を組み込むことで、磁気圏パラメータにおける古典的圧力バランス予測α = -1/6はどのように変化するか？
• RQ2 R ~ Pd^αにおけるべき乗則指数αは、磁気圏パラメータの局所的位置にどのように依存するか？
• RQ3 磁気活動は、圧力バランス関係におけるαの有効値にどのように影響するか？
• RQ4 磁気圏膜内での非線形エネルギー移動は、太陽風動圧に対する磁気圏パラメータ距離のスケーリングにどの程度影響を及えるか？

主な発見

• R ~ Pd^αにおけるべき乗則指数αは、古典的予測の-1/6に固定されておらず、チャープマン＝フェラロ、磁場に沿った、テール、リング電流といった追加の電流系の寄与によって変動する。
• αの値は、磁気圏パラメータの局所的位置に依存しており、圧力バランス応答の空間的非一様性を示している。
• αは磁気活動に応じて変化し、活動的状態における電流系寄与の変化を反映している。
• 特に準径方向バッシュショック条件下において、磁気圏膜内での非線形エネルギー移動が圧力バランスを顕著に変化させ、単純なα = -1/6スケーリングを無効にしている。
• 現実的な電流系と太陽風-磁気圏結合を組み込むと、古典的ドーナツモデルは磁気圏パラメータダイナミクスの全貌を捉えきれなくなる。