[P-EM14] 太陽圏・惑星間空間

[PEM14-08] 銀河宇宙線の太陽圏侵入過程の数値実験：粒子軌道および統計

*吉田 光太郎¹、松清 修一^2,3、鷲見 治一³、羽田 亨^2,3 (1.九州大学大学院総合理工学府大気海洋環境システム学専攻、2.九州大学大学院総合理工学研究院環境理工学部門、3.九州大学国際宇宙天気科学・教育センター)

キーワード：銀河宇宙線、太陽圏

銀河宇宙線は、我々の天の川銀河に起源をもち、太陽圏に侵入して地球に到来する。太陽圏内での宇宙線の運動は、太陽風による移流や各種磁場構造に起因する拡散の影響を受け、非常に複雑なものになる。宇宙線の輸送は、それらの運動を仮定した移流拡散モデルにより議論されてきたが粒子軌道にまでは踏み込むことができない。本研究の目的は、銀河宇宙線の侵入プロセスを粒子軌道レベルにまで踏み込み理解することである。
定常太陽風を仮定したグローバルMHDシミュレーションによって再現された([1] Washimi et al. 2015)太陽圏の電磁場データを用いてテスト粒子シミュレーションを行い太陽圏への銀河宇宙線の侵入プロセスを調査した。MHDシミュレーションでは、1 AUでの太陽風の速度、密度、磁場の強さ、および温度を、それぞれ400 km/s、5.0 /cc、35 μG、10⁵ Kとし、これらの値は内側境界50 AUに外挿される。本計算では太陽磁場の極性は北向きとした。星間空間に対応する外側境界900AUでの値は、それぞれ23 km/s、0.1 /cc、6,300 K、および3 μGとする。ローレンツ因子γの陽子をヘリオポーズの外側に配置し速度分布をシェル分布として与えテスト粒子計算を実行し、内側境界に到達した粒子の軌道解析及び統計解析を行った。γ= 10の場合には、電流シート、電流渦、スパイラル磁場に沿って運動する粒子に加え、終端衝撃波に沿ってショックドリフトする粒子や、衝撃波上流と下流で往復運動を行い加速する（フェルミ加速）粒子が新たに確認され、多数の粒子が内側境界の高緯度域に到達することがわかった。γ= 1000の場合には、直線的な運動や太陽圏尾部で散乱される粒子に加え^[2]、ドレイプ磁場のミラー構造で反射され太陽圏内に侵入する粒子を発見した。そして多数の粒子が太陽圏尾部から侵入し、内側境界の低緯度域に到達することがわかった。さらに到達粒子に関する統計量（エネルギー分布、到来方向分布）を評価し、銀河宇宙線の太陽圏侵入プロセスの詳細を議論する。