[P-CG38_1PM1] 惑星大気圏・電磁圏

[PCG38-17] 多流体MHDシミュレーションに基づいた火星電離圏CO2+鉛直高度分布にイオン種間衝突がおよぼす影響の研究

*小山 響平¹、関 華奈子¹、寺田 直樹²、寺田 香織² (1.名古屋大学　太陽地球環境研究所、2.東北大学大学院理学研究科)

キーワード：火星, 電離圏, 大気散逸, 多流体磁気流体シミュレーション

地球型惑星におけるCO2とN2と地殻の組成重量比の比較から、宇宙空間への大気散逸の重要性が指摘されている[Chassefiere et al., 2006]。一方で、既存の大気散逸機構では、重いCO2を流出させるのは容易ではないと考えられてきた。ところが、Mars Express探査機により、多量のCO₂⁺イオンの散逸が観測され[Carlsson et al., 2006]、その散逸機構の解明が急務となっている。CO₂⁺の散逸を大きく左右する要素の一つに、電離圏におけるCO₂⁺密度の高度分布がある。電離圏内の化学反応は、多成分(Multi-species) MHDなどによりすでに研究されているが、多成分MHDがイオン種毎に扱うのは密度のみで速度は全イオン種同じと近似するので、イオン流体同士の速度差は再現できず、低高度から上層へのCO₂⁺の輸送の再現性はよくなかった。イオン種毎の密度分布を正確に記述するには、各イオン種を別々の流体として取り扱う多流体(Multi-fluid)MHD近似が必要となる。開発の方針としては、化学反応の効果を丁寧に扱ったTerada et al.[2009]による多成分コードを多流体MHDの先行研究であるNajib et al.[2011]の方程式を参考に多流体MHDに改良した。本研究で開発した多流体MHDでは、イオン種間(ion-ion)衝突の効果を含めることも可能であるため、次に、火星電離圏におけるCO₂⁺密度の高度分布に焦点をあて、その分布にion-ion衝突が与える影響を調べた。ion-ion衝突の効果を調べるため、多流体MHDでイオン衝突を含めた場合(Case 1)、イオン衝突を含めない場合(Case 2)、および、多成分MHDに相当する全イオン種が同じ鉛直速度を持つ場合(Case3)の３つのシミュレーションを行い、準定常状態に達した結果を比較した。高度460kmでのCO₂⁺密度は、Case1:82, Case2:190, Case3:11 cm^-3で、従来の多成分MHDがCO₂⁺の高高度側へ輸送を過小評価していることが判明した。Vikingによる電離圏の観測結果との比較からは,適度なion-ion衝突を含んだCase1が最もよく観測結果を再現していた。以上から、多流体MHDは低高度からの二酸化炭素イオンの輸送をより現実的に再現可能であり、火星からのCO₂⁺散逸を調べるためには、適切なion-ion衝突の導入が重要であるとの結論を得た。本発表では、イオン流体ごとの速度とイオン同士の衝突が、CO₂⁺の鉛直密度分布に与える影響を報告する。