エネルギー原理を用いた無衝突磁気リコネクションの非線形解析

Nonlinear analysis of collisionless magnetic reconnection using energy principle

廣田 真; Morrison, P. J.*; 石井 康友; 矢木 雅敏

Hirota, Makoto; Morrison, P. J.*; Ishii, Yasutomo; Yagi, Masatoshi

無衝突プラズマ中で起きる速い磁気リコネクションの物理機構を解明するため、二流体効果の一つである電子慣性の効果を加えた拡張MHDモデルに対し、エネルギー原理を用いた解析を初めて行った。テアリング不安定モードの振幅(=磁気島の1/2幅)が電子のスキン長よりも大きくなった非線形段階において、ポテンシャルエネルギーの変化が線形段階よりも急勾配で減少し、成長率が加速することを理論的に明らかにした。数値シミュレーションとの比較についても報告する。

A mechanism for fast magnetic reconnection in collisionless plasma is studied. Nonlinear growth of the tearing mode driven by electron inertia is analytically estimated by invoking the energy principle for the first time. Decrease of potential energy in the nonlinear regime(where the island width exceeds the electron skin depth) is found to be steeper than in the linear regime, resulting in acceleration of the reconnection. Release of free energy by such ideal fluid motion leads to unsteady and strong convective flow.