可視化情報 Vol.29 Suppl. N o . 1 ( 2 0 0 9 年 7 月 ）
b 1 o 6 磁 気 圏 G l o b a l M H D シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に お け る
ビ ジ ュ ア ル デ ー タ マ イ ニ ン グ
—磁力線トポロジーの3次元可視化解析一
松 岡 大 祐
Q( 海 洋 研 究 開 発 機 構 ) ， 村 田 健 史 ( 情 報 通 信 研 究 機 構 ) ' ，
藤 田 茂 ( 気 象 大 学 校 ) ， 田 中 高 史 ( 九 州 大 学 )
Visual Data Mining of Magnetospheric Global M H D Simulation
——3D Visualization Analysis o f Magnetic Field Lines' Topology——
Daisuke MATSUOKA，Ken T. MURATA, Shigeru FUJITA and Takashi TANAKA
ABSTRACT
I t is well known that the Earth's magnetosphere shows complex 3D magnetic topologies
when the I M F .BY component is predominant. We used 3D Global MHD simulations with
southward IMF and non-zero BY to study interactions between the I M F and the Earth's
magnetosphere. We found that magnetic flux ropes i n the Earth's magnetotail is
generated and propagates tailward. However, the process of origin and generation of 3D
magnetic topologies of magnetic flux ropes is not clarified.
I n this study, we analyze 3D magnetic field topology of magnetic flux ropes by using 3D
visualization and visual aata mining. First, we classified magnetic field line's topologies
of magnetic flux rope (and vicinity of the magnetic flux ropes) into the 9 types. Next, we
analyzed the time-dependent profiles of each magnetic field line's topologies. As a result，
we found the magnetic reconnection processes taking place to produce a magnetic flux
rope. We also discuss the automated classification method of 3D magnetic field line.
Keywords- M H D simulation, Earth's magnetosphere, Magnetic field line, 3D visualization1 . 緒 論
太 陽 地 球 系 物 理 学 は ， 特 に 地 球 近 傍 の 宇 宙 空 間 に お け る 様 々 な プ ラ ズ マ 現 象 を 研 究 す る 学 問 分 野 で あ る . 人 類 の さ ら な る 宇 宙 進 出 が 進 め ら れ る 現 在 に お い て は ， 物 理 学 的 側 面 と 工 学 的 側 面 の 両 面 に お い て 重 要 な 研 究 分 野 の 一 つ と な っ て い る . そ の 研 究 手 法 と し て ， 人 工 衛 星 に よ る 観 測 的 研 究 と ， シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 理 論 的 研 究 に 大 別 さ れ る . 特 に ， 近 年 の ス ー パ ー コ ン ピ ュ ー タ の 性 能 向 上 に よ っ て ， 太 陽 地 球 系 物 理 学 分 野 に お い て も シ ミ ュ レ 一 シ ョ ン 研 究 は 飛 躍 的 に 発 展 し て き た . 初 期 の 宇 宙 プ ラ ズ マ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は 単 純 な 1 次 元 モ デ ル が ほ と ん ど で あ っ た が ， 現 在 で は よ り 高 精 度 か つ 現 実 的 な3 次 元 モ デ ル で の 大 規 模 計 算 が 主 流 と な っ て き て い る . し か し ， シ ミ ュ レ 一 シ ョ ン モ デ ル が 大 規 模 化 か つ 高 精 度 化 す る に つ れ ， 結 果 と し て 得 ら れ る デ ー タ の 可 視 化 ， 解 析 は 困 難 に な っ て い る . そ の 理 由 と し て ， （1 ) 3 次 元 デ ー タ か ら 興 味 の あ る 現 象 を 理 解 し 新 た な 知 見 を 得 る た め の 可 視 化 手 法 が 確 立 し て い な い こ と ， © 出 力 さ れ る 数 値 デ ー タ の サ イ ズ が 大 き い た め 全 時 空 間 の デ ー タ を イ ン タ ラ ク テ イ ブ に 処 理 す る こ と が 困 難 で あ る こ と が あ げ ら れ る . 例 え ば ， 複 雑 に 変 化 す る 磁 力 線 の3 次 元 形 状 等 は 解 析 が 困 難 な 現 象 の 一 っ で あ り ， よ り 効 率 的 に 理 解 • 発 見 を 行 う た め の 可 視 化 ’ 解 析 手 法 が 求 め ら れ て い る 。 そ こ で 本 研 究 で は ， 磁 気 圏 尾 部 に お い て し ば し ば 見 ら れ る 複 雑 な 磁 力 線 構 造 で あ る 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ の 時 間 変 化 の 解 析 を 行 う 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ は ， 磁 気 嵐 ( サ ブ ス ト ー ム ） の 発 生 時 に 生 成 さ れ る こ と が 過 去 の 人 エ 衛 星 観 測 か ら 知 ら れ て お り か 、 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 再 現 も 行 わ れ て い る4 )_5 ). こ れ ま で の 研 究 で は ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ の 生 成 段 階 に お い て ， 数 パ タ ー ン の 磁 気 リ コ ネ ク シ ョ ン と 呼 ば れ る 磁 力 線 の っ な ぎ 変 え が 起 き る こ と は 分 か っ て い る が か 、 そ れ ぞ れ の パ タ ー ン の ' 磁 気 リ コ ネ ク シ ョ ン に よ っ て 生 成 さ れ る 磁 力 線 ト ポ ロ ジ — が 他 の ト ポ ロ ジ ー に ど の よ う に 遷 移 し て い く の か 等 の 関 連 は 完 全 に は 明 ら か に な っ て い な い . そ の 理 由 と し て ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ は 2 次 元 平 面 （ 子 午 面 ） 上 の ト ポ ロ ジ 一 変 化 で 説 明 が 可 能 な ブ ラ ズ モ イ ド と は 異 な り ， 赤 道 面 方 向 の 成 分 を 含 ん だ3 次 元 的 な 磁 場 構 造 を 持 っ て い る た め ， 理 解 が 困 難 で あ る こ と が あ げ ら れ る - 7 7 一MAO>AC£ MomUo FTQU Inabuneni HO>1レS«e 0 00-.49i00 13 D2 M9Y 13 i h «68 • / I •<6棚
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F i g . 2 I n p u t p a r a m e t e r た も の で あ り ， 等 値 面 表 示 を 用 い て3 次 元 可 現 化 し て い る .F i g . 4 は F i g . 3 と 同 じ 方 向 か ら 見 た 磁 力 線 の 時 間 変 化 で あ り ，x 軸 上 に I R E 間 隔 に と っ た 1 2 1 . 個 の 点 を 始 点 （ 終 点 ） と し て 描 画 し た も の で あ る .F i g . 3 を 見 る と ， 時 間 の 経 過 と と も に プ ラ ズ マ シ 一 ト が 薄 く 引 き 伸 ば さ れ , プ ラ ズ マ シ ー ト か ら 分 離 し た プ ラ ズ マ の か た ま り が 尾 部 方 向 に 向 か っ て 伝 播 し て い る の が 分 か る . 同 様 にF i g . 4 を 見 る と ， 尾 部 方 向 に 伝 播 す る プ ラ ズ マ の か た ま り 周 辺 を ら せ ん 状 の 磁 力 線 が 取 り 囲 み ， 時 間 の 経 過 と 共 に 磁 力 線 の ル ー プ が 大 き く 発 達 し て い る の が 分 か る . こ の ら せ ん 状 は ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ と 呼 ば れ る . 以 下 で は ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ が ど の よ う に 生 成 か ら 伝 播 ま で の 過 程 に つ い て 明 ら か に す る .
3 . 磁 力 線 の ト ポ ロ ジ ー 分 類 と 時 間 変 化
磁 力 線 の ト ポ ロ ジ ー 変 化 を 解 析 す る に あ た り ， ま ず は 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ の ト ポ ロ ジ ー を 以 下 の よ う に 分 類 し た . ま ず ， 磁 力 線 がo p e n ( 磁 力 線 の 片 方 が 地 球 に ， 片 方 がI M F に つ な が る も の ） ， c l o s e d ( 磁 力 線 の 両 喘 が 地 球 に つ な が る も の ） ま た はd e t a c h e d ( 磁 力 線 の 両 喘 が I M F に つ な が る も の ） で 3 種 類 に 分 類 し ， さ ら に ， そ れ ら の 磁 力 線 がh e l i c a l ( ら せ ん 状 の 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ ） で あ る かn o t h e l i c a l ( ら せ ん 状 で は な い 磁 気 フ ラ ッ ク ス 78 -Solar Wind, IMFFI g.1 Simulation Model
こ の 問 題 を 解 決 す る た め に ， 本 研 究 で は3 次 元 可 視 化 結 果 か ら 得 ら れ る 磁 力 線 ト ポ ロ ジ ー の 2 次 元 可 視 化 画 像 か ら 特 徴 の 分 類 と 追 跡 を 行 う こ と で ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ — プ の3 次 元 的 な 時 間 変 化 と そ の 過 程 に お け る 一 連 の 磁 気 リ コ ネ ク シ ョ ン を 明 ら か 丨 こ す る .2 . 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ 一 プ 生 成 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン
本 研 究 で1 ま 磁 気 流 体 力 学 （ M H D ニ M a g n e t o h y d r o d y -n a m i c s ) 方 程 式 を ， T V D ス キ ー ム に よ っ て 差 分 イ 匕 し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン コ ー ド を 用 レ 、 た9 ). シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で はF i g . 1 に 示 す よ ぅ な 変 形 級 座 標 の 直 交 構 造 格 子 を 用 い た . 格 子 間 隔 は ， 地 球 近 傍 （X = 3 R E ) で 約 O . I R E , 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ が 生 成 さ れ る 近 尾 部 （X = 2 0 R E ) で 約 0 . 7 R e で あ る . ま た ， シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 入 力 パ ラ メ 一 タ と し て ，A C E 衛 星 に よ っ て 観 測 さ れ た 太 陽 風 と I M F の デ ー タ （ 磁 場 のy , z 成 分 ， 速 度 の x 成 分 ， 温 度 ， 密 度 ） を 用 い た .A C E 衛 星 は ， x = 2 3 5 R E の ラ グ ラ ン ジ ュ ( L 1 ) 点 に お い て ， 太 陽 風 と I M F の 常 時 観 測 を 行 な っ て い る . 太 陽 風 とI M F の 入 力 パ ラ メ ー タ は ， F i g . l に 示 す よ う に シ ミ ュ レ 一 シ ョ ン ボ ッ ク ス の 上 流 側 （X = 2 0 R E のy - z 平 面 ） か ら 一 様 に 与 え た . シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 入 力 と し て 使 用 し たI M F を ， F i g . 2 に 示 す . 時 刻 は ， 世 界 標 準 時 ( U T : U n i v e r s a l T i m e ) で 表 し て い る . ま ず ，y ' 方 向 の 磁 場 成 分 を 含 ん だ 複 雑 な 構 造 の 地 球 磁 気 圏 を 構 成 す る た め ，1 1 / 1 2 23:30:00 U T に お け る 北 向 き のI M F ( B z > 0 ) を 双 極 子 の 地 球 磁 場 に 与 え ， . 双 極 子 磁 場 か ら 定 常 的 な 磁 気 圏 を 生 成 す る . そ し て ，I M F の 時 系 列 デ ー タ を 順 次 与 え ， シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 な う. 1 1 / 1 3 00:10:00 U T 頃 で は ， 北 向 き だ っ た I M F が 急 激 に 南 向 き （BZ< 0 ) と な る .3 . シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果
シ ミ ュ レ 一 シ ョ ン 結 果 をF i g . 3 と F i g . 4 に 示 す . F i g . 3 は ， プ ラ ズ マ 圧 力 の 時 間 変 化 を タ 方 側 の 尾 部 方 向 か ら 見1
8
_
I
切1/13/2003 01:04:00
/ 3 / 2 0 0 3 0 : ( U : ( I 0( H ) 1 1 / 1 3 / 2 0 0 3 0 1 : 0 6 : 0 0 ( H ) L L / 1 3 / 2 ( … 3 01:116:00 I
(c)11/13/2003 01:«8:()0 IJ
( C ) 1 1 / 1 3 / 2 0 0 3 0 1 : 0 8 : 0 0( D ) 1 1 / 1 3 / 2 0 0 3 0 1 : 1 0 : 0 0 ( D ) 1 1 / 1 3 / 2 0 0 3 0 1 : 1 0 : 0 0
Fig.3 Is o'surface of plasma pressure
Magnetic field lines
^Es^rMi• IMF
Fig. 5 Classification of Magnetic Field Line's
Topology around Magnetic Flux Rope
ロ ー プ ） ま た はn o t flux rope ( 磁 気 フ ラ ッ-ク ス ロ ー プ の 周 辺 ） の3 種 類 で 分 類 し た . そ の 結 果 ， F i g . 5 に 示 す 以 下 の9 種 類 の 磁 力 線 ト ポ ロ ジ ー に 分 類 さ れ た ： 0 ) I M F - I M F (helical)’ © I M F - E a r t h ( h e l i c a l ) , ® E a r t h - E a r t h (helical). © I M F - I M F (not h e l i c a l ) , © I M F - E a r t h (not h e l i c a l ) , ( 6 ) E a r t h - E a r t h (not helical), ©closed (not h e l i c a l ) , ® I M F - I M F (not flux rope), ( D I M F - E a r t h (not flux rope), © E a r t h - E a r t h (not flux rope).
次 に ，9 種 類 に 分 類 し た 磁 力 線 ト ポ ロ ジ ー が ， 時 間 経 過 に っ れ て ど の よ う に 変 化 す る か を 解 析 す る .F i g . 6 は ， 01:07:00 U T か ら 0 1 : 1 3 : 0 0 U T の 子 午 面 上 に お け る 磁 力 線 ト ポ ロ ジ ー の 分 布 の 時 間 変 化 を 表 し た も の で あ る . 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ 一 プ 中 あ る ぃ は 周 辺 の 磁 力 線 は 始 点 を わ ず か に ず ら し た だ け で も 大 き く ト ポ ロ ジ ー が 変 化 す る た め ， 高 空 間 分 解 能 で 可 現 化 す る 必 要 が あ る . 本 研 究 で は ， ORE^x^SORE, - S R E ^ y ^ S R E y z 平 面 上 に 0.1RE 偽，隔 で と っ た 格 子 点 を 始 点 と し て 磁 力 線 を 可 視 化 し ， 1 本 に っ き 1 枚 の 2 次 元 画 像 ， 合 計 6 万 枚 を 生 成 し た . さ ら に ， 得 ら れ た 2 . 次 元 画 像 が 全 時 空 間 に お ぃ て F i g . 5 の ど の ト ポ ロ ジ ー に 分 類 さ れ る か を 自 動 的 に 分 類 し た . そ の 結 果 を 示 し た の がF i g . 6 で あ る . 0 1 : 0 7 : 0 0 U T に お ぃ て は ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ 一 プ は ほ と ん ど が h e l i c a l な d e t a c h e d 磁 力 線 （ ( D ) で 構 成 さ れ て お り ， そ の 外 佃J に h e l i c a l な o p e n 磁 力 線 ( © ) , h e l i c a l で は な い d e t a c h e d 磁 力 線 ( ® ) と h e l i c a l で は な い o p e n 磁 力 線 ( © ) , h e l i c a l で は な ぃ c l o s e d 磁 力 線 （ © ) が 存 在 す る . そ れ ら の 外 側 は ，o p e n な ロ ー ブ 磁 力 線 で あ る . 0 1 : 0 9 : 0 0 U T に お ぃ て は ， 0 1 : 0 7 : 0 0 U T に 存 在 し て ぃ た h e l i c a l で は な いd e t a c h e d 磁 力 線 ( © ) と h e l i c a l で は な い o p e n 磁 力 線 （ © ) が 消 え ， 代 わ り に ，h e l i c a l な c l o s e d 磁 力 線 が 現 れ て ぃ る .0 1 : 1 1 : 0 0 U T に お ぃ て は ， 0 1 : 0 9 : 0 0 U T と 同 様 の 順 序 で 並 ん で ぃ る が ，h e l i c a l な d e t a c h e d 磁 力 線 （ の ） の 占 め る 割 合 が 多 く な り ， ま た ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ の 面 積 が 大 き く な っ て ぃ る .0 1 : 1 3 : 0 0 U T に お い て も ，0 1 : 1 1 : 0 0 U T と 比 べ て 同 様 の 傾 向 に あ る . nc n r
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( C )纖 . 一 ： -
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一 ， … .r I g. 6 Time-dependent distribution of
Magnetic Field Line's Topologies
プ の 直 径 が 大 き く な る こ と と ， 内 側 の ト ポ ロ ジ ー の 分 布 が 広 が っ て い く こ と か ら ， 磁 力 線 の ト ポ ロ ジ ー が ® , © 一 ® 一 © 一 ® ) 一 ® " の 順 番 で 変 化 し て い る こ と が 推 測 で き る . 5 . 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ の 生 成 と 磁 気 リ コ ネ ク シ ョ ン 4 . で 推 測 し た 磁 力 線 ト ポ ロ ジ ー の 変 化 が 実 際 に 起 き て い る か を 検 証 す る た め に ， 変 化 前 と 変 化 後 の 磁 力 線 ト ポ ロ ジ ー と リ コ ネ ク シ ョ ン 点 を 調 べ た . そ の 結 果 ， 以 下 に 示 す5 種 類 の リ コ ネ ク シ ョ ン が 確 認 で き た .
5.1 core field line の生成
ま ず 初 め に ，B y 成 分 を 持 っ た I M F が F i g . 7(a)のよう に 磁 気 圏 前 面 の 地 球 磁 場 と リ コ ネ ク シ ョ ン を 起 こ す こ と に よ り ，F i g . 7 ( b ) の よ う な o p e n な 磁 力 線 が 生 成 さ れ る . 次 に ，F i g . 7 ( b ) で 生 成 さ れ た o p e n な 磁 力 線 が ， B y 成 分 を も っ たc l o s e d な 磁 力 線 と リ コ ネ ク シ ョ ン を 起 こ す こ と に よ り ，F i g . 7 ( c ) の よ う に I M F に 起 源 を も つ d e t a c h e d な 磁 力 線 （ ま た は 片 側 がI M F と つ な が る o p e n な 磁 力 線 ） が ， 磁 気 圏 内 に 入 り 込 む こ と が で き る . こ の 磁 力 線 が 磁 双 フ ラ ッ ク ス ロ ™ ブ のc o r e field l i n e と な る . 5.2 core field l i n e の 取 り 込 み 5 . 1 で 生 成 さ れ た 両 媚 が I M F と つ な が る 磁 力 線 が 磁 気 フ ラ ッ ク ス . ロ ー プ のc o r e field l i n e と な る た め に は ， c o r e field l i n e を c l o s e d な 磁 力 線 で 取 り 囲 む 必 要 が あ る . F i g. 8 の よ う に ， c o r e field l i n e の 南 北 に あ る ロ ー ブ 磁 場 8 0
-Fig. 9 h e l i c a l 磁 場 め 生 成
Fig. 7 core field line の生成
M B
B H I
F i g , 1 0 地 球 磁 場 か ら の 切 断 ( 1 )
Fig. 8 core field line
の取り込み-が core field l i n e の 尾 部 側 で つ な ぎ 変 わ る こ と に よ っ て ， closedな磁力線の内很【1にcore f i e l d l i n e と な る 磁 力 線 が 入 り 込 む こ と が で き る . こz の 磁 力 線 の っ な ぎ 変 わ り は 一 筒 所 だ け で は な く ， <iawn to d u s k 方 向 （ y 方 向 ） に — — 様 に 発 生 す る . 5.3 h e l i c a l 磁 場 の 生 成 5 . 2 の リ コ ネ ク シ ヨ ン に よ つ て ， c o r e field l i n e と な る 磁 力 線 を 取 り 囲 むc l o s e d な 磁 力 線 が 生 成 さ れ た . こ の リ コ ネ ク シ ヨ ン がd a w n to d u s k 方 向 で — — 様 に 発 生 す る こ と に よ っ て ，F i g . 9 ( a ) に 示 す よ う な 状 態 が で き る . こ の と き ， 磁 気 圏 内 の 磁 力 線 も ，I M F B y の 影 響 で 強 い B y 成 分 を 持 っ て い る た め ’ c l o s e d な 地 球 磁 場 も 同 様 に B y 成 分 を 持 っ て 傾 い て い る . そ の た め ， 傾 い た 地 球 磁 場 同 士 がF i g . 9 ( a ) の 場 所 で リ コ ネ ク シ ョ ン を 起 こ す . こ の リ コ ネ ク シ ョ ン は1 箇 所 だ け で は な く ， d a w n to d u s k 方 向 で 一 様 に 起 き る . こ れ に よ り ，F i g . 9 ( b ) の よ う な h e l i c a l な 磁 力 線 が 生 成 さ れ る . 6 . 4 地 球 磁 場 か ら の 切 断 ( 1 ) 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ を 取 り 囲 む よ う に 存 在 す るc l o s e d F i g . 1 1 地 球 磁 場 か ら の 切 断 ( 2 ) な 地 球 磁 場 は ，o p e n な ロ ー ブ 磁 力 線 と つ な ぎ 変 わ る こ と に よ っ てd e t a c h e d な 磁 力 線 へ と 変 . 化 す る . こ の リ コ ネ ク シ ヨ ン は ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ が 地 球 磁 場 か ら 切 断 さ れ る た め の プ ロ セ ス の 一 つ で あ る .F i g . l O • で 生 成 さ れ たd e t a c h e d な 磁 力 線 は ， I M F の 速 度 で 尾 部 方 向 に 伝 播 さ れ ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ と は 完 全 に 独 立 し た も の に な る . 5 . 5 地 球 磁 場 か ら の 切 断 ( 2 ) c l o s e d な 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ は ， F i g . 1 1 の よ う に o p e n な ロ 一 ブ 磁 場 と つ な ぎ か わ る こ と で 地 球 磁 場 か ら 切 断 さ れ る .5 . 4 で 説 明 し た リ コ ネ ク シ ョ ン と 合 わ せ る - 8 1
と ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー ブ の 全 て の ト ポ ロ ジ ー が d e t a c h e d に な る た め ， I M F の 速 度 で 尾 部 方 向 に 伝 播 し て い く . 5 . 結 論 本 論 文 で は ，B y 成 分 を も っ た I M F を 入 力 パ ラ メ ー タ と し て 与 え たG l o b a l M H D シ ミ ュ L ^ 一 シ ョ ン を 用 い ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ の 時 間 変 化 に っ い て 解 析 を 行 な っ た . そ の 結 果 と し て ， プ ラ ズ モ イ ド の 生 成 と 同 様 の プ ロ セ ス 中 に ，h e l i c a l な 磁 力 線 の 中 に 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ の c o r e と な る 磁 力 線 が 入 り 込 む プ ロ セ ス が 存 在 す る こ と が 分 か っ た . こ の プ ロ セ ス は ，I M F と 磁 気 圏 前 面 の リ コ ネ ク シ ョ ン ， プ ラ ズ マ ポ ー ズ 側 面 に お け るo p e n 磁 力 線 と 地 球 磁 場 の リ コ ネ ク シ ョ ン ， 南 北 ロ 一 プ 磁 力 線 の リ コ . ネ ク シ ョ ン ，B y 成 分 を も っ た t a i l 側 の 地 球 磁 場 同 士 の リ コ ネ ク シ ョ ン か ら な る . こ れ ら の よ う な 複 数 の タ イ プ の 磁 気 リ コ ネ ク シ ョ ン を 起 こ す こ と に よ っ て ，I M F の B Y 成 分 が 磁 気 圏 内 に 入 り 込 み ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ が 生 成 さ れ る . ま た ， 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ は ， 周 辺 の 磁 力 線 を 巻 き 込 み な が ら 成 長 し ，I M F の 張 力 で 尾 部 方 向 に 伝 播 し て い く . 最 終 的 に は . プ ラ ズ モ イ ド と 同 様 にc l o s e d な 磁 力 線 が 南 北 で っ な ぎ か わ り ， 地 球 磁 場 か ら 切 断 さ れ る . こ れ に よ っ て 磁 気 フ ラ ッ ク ス ロ ー プ は ，I M F と 同 じ 速 度 で 伝 播 し て い く で あ ろ う こ と が 分 か っ た . ま た ， 本 研 究 で は 磁 力 線 の 3 次 元 ト ポ ロ ジ ー の 時 空 間 分 布 を 分 類 す る た め に ， 2 次 元 画 像 に 変 換 し て 特 徴 抽 出 を 行 っ た . こ の 手 法 に よ り ， 高 時 空 間 分 解 能 で 磁 力 線 の 3 次 元 的 な 時 間 変 化 を 理 解 す る こ と が 可 能 と な っ た . 複 雑 な 磁 力 線 の 3 次 元 形 状 を ， よ り 高 精 度 で 解 析 し ， 理 解 _ 発 見 を 行 う た め の 一 っ の 手 法 と し て 応 用 が 期 待 さ れ る .
参 考 文 献
1 ) H o n e s , W., J r . , Baker, D. N., W. C,, G o s l i n g , J. T . , HcComas, S l a v i n , J. A . , Smith, E. J . , Barae, S. J . , Feldraan, D. J . , Z w i c k l , R . D., m d T s u r u t a n i . B. T . ‘ S t r u c t u r e o f t h e m a g n e t o t a i l a t 220RE and i t s r e s p o n s e . t o eomagnetic a c t i v i t y , G e o p h y s i c a l Research L e t t e r , 1 1 ( 1 9 8 4 ) pp. 5 - 7 . 2) S i b e c k , D, G, S i s c o e , G. L . , J . , Bame, S. J . , and S e r f , F, L G e o p h y s i c a l Research L e t t e r , 3) E l p h i c , R. C., C a t t e l l , C . に 、 J . , and R u s s e l l , C . T. : IEEE S l a v i n , J. A . , Smith, E. . ^ M a g n e t o t a i l f l u x r o p e s , 1 1 ( 1 9 8 4 ) pp.1090-1093. Takahashi, K . , Bame, S, 1 and 2 o b s e r v a t i o n s o f m a g n e t i c f l u x r o p e s i n t h e m a g n e t o t a i l : PTE's i n t h e plasma s h e e t , G e o p h y s i c a l Research L e t t e r , 1 3 (1986) p p . 7 6 4 8 - 7 6 5 1 .4) B i r n , J . , and Hesse, H. ’ MHD s i m u l a t i o n s o f magnetic r e c o n n e c t i o n i n a skewed t h r e e - d i m e n s i o n a l t a i l c o n f i g u r a t i o n , J. Geophys. Res., 96 ( 1 9 9 1 ) p p . 2 3 - 2 4 . 5) Ogino, T , , Walker, R. J , , Ashour—Abdalla, M., and
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6) B i r n , J , , and Hesse, J. : The m a g n e t i c t o p o l o g y o f t h e p l a s m o i d f l u x r o p e i n a MHD s i m u l a t i o n o f m a g n e t o t a i r e c o n n e c t i o n , P h y s i c s o f M a g n e t i c F l u x Ropes, Geophys Monogr. Ser. r 58, e d i t e d by C. T. R u s s e l l , E . R. P r i e s t
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