Research Institute for Sustainable Humanosphere

共同研究

2012(平成24) 年度 生存圏科学 萌芽研究 14

研究課題

超並列粒子コードを用いた宇宙圏プラズマ理工学シミュレーション

研究組織

 代表者 三宅洋平 (神戸大学大学院システム情報学研究科)
 共同研究者 小路真史 (宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所)
大村善治 (京都大学生存圏研究所)

研究概要

ますます拡大し続ける人類の生存圏の受け皿として、地球周辺の宇宙空間の利用が有力視されている。しかし人類の本格的な宇宙環境利用を阻む高エネルギー粒子の存在や人類の活動に伴う宇宙プラズマ環境変化など、未解決の問題は多い。解析的手法や、人工衛星による定点観測では取り扱いが難しいこれらの問題に対して、大規模な計算機シミュレーションは有効な手段である。本研究の目的は、大規模超並列プラズマ粒子シミュレーション手法を用いて、人類の有力な生存圏となり得る宇宙圏プラズマ環境の非線形問題に理工学双方の観点から取り組むことである。

理学的観点からは、電磁イオンサイクロトロン(EMIC)波による非線形波動粒子相互作用について注目する(図 1)。長年人類の謎とされている放射線帯高エネルギー粒子フラックス形成メカニズムや、大気圏への高エネルギープロトン振り込みとその結果によって起きるプロトン・オーロラ、電離圏の変化といった大気圏、宇宙圏全体の変化に、これまでに知られていなかったミクロスケールの EMIC トリガード放射による波動粒子相互作用が与える影響を解明する。一方、工学的な課題として、電磁波を介した宇宙プラズマ・人工衛星システム間相互作用の研究に取り組む。衛星周辺のプラズマ環境じょう乱(図 2)が衛星搭載波動観測機器に与える影響や、衛星からの VLF 波動放出による宇宙プラズマ環境制御等を、現実的な時空間スケールで評価することにより、将来の宇宙環境利用に不可欠な工学的知見を得る。

シミュレーションを用いた従来の宇宙圏プラズマ環境研究では、計算資源の制約から現実とは異なる次元や時空間スケールでの解析を余儀なくされ、そのことが計算結果の宇宙環境理解への直接的な適用を妨げていた。新しい電波科学計算機実験装置(A-KDK)で可能となる大規模シミュレーション研究によって、これまでに類を見ない高性能計算技術を軸にした生存圏科学、特に地球周辺の宇宙プラズマ電磁環境に関する包括的な理解を最終目標とする。

三宅洋平: 2012(平成24)年度 生存圏科学萌芽研究 図 1図 1: シミュレーションによって再現された電磁イオンサイクロトロントリガード放射

三宅洋平: 2012(平成24)年度 生存圏科学萌芽研究 図 2図 2: 科学衛星周辺に形成される大規模ウェイク構造の3次元シミュレーション

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2012年8月1日作成

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