電気抵抗の起源
  「 散逸がない状態で散逸現象がおきる 」 これが磁気流体的な記述では
散逸現象である磁気リコネクション過程について、磁気流体力学を完成させた
アルヴェンらの1950年代からのパラドックスでした。
  この問題を
世界で初めて数値的に解明した(実証した)のが、以下で述べる
研究です。話はすこし長くなりますが、論旨は単純です。


なぜパラドックスなのか?

  宇宙の99.99%は中性ガスが電離したプラズマ状態にあるといわれています。
そのプラズマ中を流れる電流は磁場をつくり、それがプラズマを閉じ込めます。
ところが、マックスウェル方程式と流体の運動方程式から導かれる磁気流体
方程式は、起源が異なる2つの磁力線群 (とそれを運ぶプラズマ)は、散逸が
ない場合は混合しないこと教えます。しかし、地球周囲の太陽風との境界面では
磁気リコネクションが間歇的に30分程度の時間内に発生・終了し、これがサブ
ストーム(磁気擾乱)、その結果としてオーロラ発光などの原因となっていることが、
人工衛星による観測の積み重ねでわかってきました。一方、この宇宙環境では、
散逸はきわめて弱く、散逸が起きる特性時間は1週間程度です。30分と1週間、
これでパラドックスといった意味がおわかりでしょう。

 多くの研究者は
磁気流体力学の方程式の範囲でものを考え、その方程式に登場
する
散逸項が、オームの法則で知られた電気抵抗でした。散逸が無いと、実験室
プラズマでも磁気流体シミュレーションでも磁力線は融合しないことが確められました。
他方、散逸がある、すなわち電気抵抗がゼロでない(有限である)ときは、磁気リコ
ネクションが発生します。地球を取りまく宇宙空間でのプラズマと磁場のシミュレー
ション研究は、この磁気流体方程式と有限の電気抵抗を用いています。


では、電気抵抗の起源は?

 
答えは意外にも、磁気流体による記述が成り立たない環境で磁気リコネクション
が起きている、
でした。私が行ったマクロ粒子コードによる、散逸のない状態で
の粒子シミュレーションで
磁気リコネクションが発生しました。磁気リコネクション
はX(エックス)点とよばれる極めて小さな領域で発生、そこで磁力線が融合します。
そこではプラズマ中のプロトンと電子は異なる軌道を取ります。すなわち、サイクロ
トロン半径の微小な電子は磁力線に沿って運動し、プロトンとの乖離がおきます。
これは、プロトンと電子が常に一緒に運動するという
磁気流体記述の破綻を意味
します。



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「無散逸」磁気リコネクション: