[P-EM17] 宇宙プラズマ科学

[PEM17-P05] オーロラ加速領域における電気２重層の計算機シミュレーションのための高精度手法の研究

*尾崎 理玖¹、梅田 隆行¹、三好 由純¹ (1.名古屋大学宇宙地球環境研究所)

キーワード：Vlasovシミュレーション、電気二重層、移流方程式

オーロラ加速領域における電場は、地域観測によって観測されており(Mozer et al. 1977; Ergun et al. 2001) 、FAST衛星の観測では、オーロラ領域における電気二重層の詳細な多次元構造が示された（Ergun et al. 2001） 。最近では、あらせ衛星の観測によって、高度30,000kmの磁気圏に磁力線と平行な電場が存在することが示されている（Imajo et al. 2020）。オーロラ加速領域における電場のシミュレーションは、1次元のVlasov方程式によって行われている（Newman et al.2001）。その結果、電気二重層は電流プラズマ中における強いプラズマの強い密度降下によって生成されることが示された。

本研究では、Vlasovシミュレーションにより、密度降下のあるプラズマにおける電気二重層の形成メカニズムを明らかにすることを目的とする。しかし、超高次元のVlasovシミュレーションを行うことは、計算資源や数値計算スキームの精度不足のため、最近のスーパーコンピュータでも非常に困難である。本研究では、Vlasov方程式のための高次の数値手法を開発することで、速度空間の格子点数を減らすことを目指す。

先行研究でVlasov方程式を解くために開発された手法では、無振動性、保存性、および正値性を保持する数値リミッターを用いる(Umeda et al. 2006,2012)。しかし、これらの手法は3次や4次の精度であり、数値拡散を抑えることができない。そこで本研究では、移流方程式を解く上でより波形保存性の高い5次精度の手法を開発する。さらに、開発した 5次精度の手法をVlasovコードに導入し、Newman et al. (2001)の電気二重層のシミュレーション結果との比較を行う予定である。