太陽風の平均的な磁場方向は、地球近傍の位置では太陽に対して 約４５度傾いたアルキメデススパイラルに平行となるが、日々観測 される磁場は、この方向から外れることも少なくない。このような 非スパイラル磁場は、その放出源である太陽の非一様性・非定常性 を示すものであり、太陽風がどのように惑星間空間へ出てゆくのか を知る上での鍵となりうる。もしこの異常な方向の太陽風磁場が、 太陽面上の構造をそのまま持ち出してきたものであるなら、惑星間 空間の観測から直接太陽面上の磁場構造を知ることができる。その 一方、異常磁場が惑星間空間で形成された可能性もある。

　太陽風中の非スパイラル磁場のひとつである「平面状磁場構造」 は、ある平面に平行で、かつ非常に激しく変化する磁場の集まりと して観測される。局所的には平面的な構造であるが、大きなスケー ルで見た場合どのような構造となっているかは未解明である。 Crooker et al.(1993)は互いに絡まりあい圧縮されたたくさんのフ ラックスロープで「平面状磁場構造」のモデル化を試みた。しかし フラックスロープのようなhelicityのある磁場構造がたくさん集ま っている場合、磁気helicity（磁場とそのベクトルポテンシャルの 内積をその磁束管について体積積分したもの）のスペクトルは波数 の小さい方へと移行し、より大きな構造のフラックスロープを形成 してゆくと考えられる(Frisch et al,1975; Zhu et al.,1997)。 それを端的に示すのがmagnetic cloudであろう。ところが「平面状 磁場構造」の磁場変化の特徴はmagnetic cloudとはかなり異なり、 ゆるやかな磁場変化は見られず波数の大きい擾乱が多いのである。

　本研究では、「さきがけ」等で観測された太陽風磁場を用いて、 異なる磁場構造について波数に対する磁場擾乱の特性を調べ、特に 「平面状磁場構造」を３次元的なフラックスロープでモデル化する ことの是非を検討する。

Structure of non-spiral magnetic field in the solar wind and spectra of small scale magnetic fluctuations
T. Nakagawa

Spectra of magnetic fluctuations on non-spiral, large-scale magnetic structures in the solar wind are investigated by using SAKIGAKE IMF data obtained at around 1AU. An inter-twined flux rope model for an interplanetary planar magnetic structure is examined to see if it conflicts with an inverse cascade of magnetic helicity to small wavenumbers suggested by Frisch et al.(1975).

　太陽風中の非スパイラル磁場のひとつである「平面状磁場構造」は、ある平 面に平行で、かつ非常に激しく変化する磁場の集まりとして観測される。局所 的には平面的な構造であるが、大きなスケールで見た場合にどのような構造と なっているかは未解明である。太陽風放出の機構を考える上で、このような非 スパイラル磁場と太陽表面に現れる磁力線構造との関連の解明が重要であるが、 そのためには荷電粒子の分布の状態を調べるのが有力とされている。本研究で は、ジオテイル衛星が太陽風中で観測した磁場およびイオン、電子のデータを 用いて、「平面状磁場構造」の解析を行う。

Study of planar magnetic structures observed by GEOTAIL spacecraft
Nakagawa,T., S. Kokubun, T. Mukai, Y. Saito

An interplanetary planar magnetic structure is a distinctive feature of non-spiral interplanetary magnetic field in which magnetic field vector is highly variable but parallel to a plane typically for 4-6 hours in the solar wind. Geotail magnetic field and solar wind particle data are used to investigate probable connection of magnetic field lines of the planar magnetic structures in interplanetary space and expanding active regions on the solar photosphere.

An interplanetary planar magnetic structure is a distinctive feature of non-spiral interplanetary magnetic field whose azimuthal and latitudinal angles are closely related to each other. The magnetic field in this structure is highly variable but parallel to a plane typically for 4--6 hours in the solar wind. The structure consists of small segments in which magnetic field is neally constant, and the segments are devided by tangential discontinuities. The plasma $\beta$ is higher in the planar magnetic structures than in the average solar wind. The planar magnetic structures have been observed in low-latitude heliosphere by several spacecraft.

Their origin, global geometry, nor the cause of the 'planar' structure of the magnetic field have not been fully understood. Their locations often coincided with that of heliospheric sector boundary, however, there are several cases where planar magnetic structures were found far away from the sector boundary. A correlation was found between the interplanetary planar magnetic structures and expansion of photospheric loop structures observed by the Yohkoh Soft X-ray Telescope. Expansion of the loop structures in the solar active regions out into interplanetary space may account for the correlation observed, high--$\beta$ plasma, and variable magnetic field, while no direct evidence is yet found.

　太陽風中の「平面状磁場構造」は、磁場ベクトルが不連続面に平行なままで 数時間にわたり不規則に変化する現象であり、磁場だけを見ると多層の tangential discontinuityのように見える。実際にこれを確かめるには３次元 の太陽風速度、密度の観測が必要であるが、これを可能にしたのは日本の衛星 としてはGEOTAILが最初である。本研究では、GEOTAIL衛星が太陽風中に出た期 間のMGF、LEPのデータを利用し、「平面状磁場構造」の不連続面における太陽 風速を調べた。

１９９４年６月から１９９７年７月までの期間に見つかった２１例の「平面状 磁場構造」について、不連続面の法線方向をminimum variance法で求め、その 方向の質量フラックスが保存するように不連続面の速さを決めたところ、約７ 割の１４例において太陽風速度成分と不連続面の速さが一致し、「平面状磁場 構造」がtangential discontinuityであることが確かめられた。他の５例につ いては、速度の法線方向成分と不連続面速度に数十km/sの差が見られたが、不 連続面の速さの計算誤差と比べて充分な速度差とはなっていない。残りの２例 では、「平面状磁場構造」の途中で法線方向の太陽風速度に変化が見られた。 この変化は、磁場ベクトルの不連続箇所ごとには起こっておらず、同じ速さを 持つ数十個のtangential discontinuityの小集団がいくつかあって、それぞれ がわずかに異なる速さで移動しているような構造となっている。この小集団同 士の速度差はむしろ不連続面に沿った方向に卓越しており、不連続面を境に横 にずれるように運動している。それぞれの小集団の中では磁場、速度が tangential discontinuityの条件を満たしていながら、局所的に圧力がつりあ っていない部分があり、構造中を伝わる波か、あるいは微細なフラックスロー プ状の磁場構造を示すものと考えられる。

Study of solar wind velocity in planar magnetic structures
T.Nakagawa

Geotail magnetic field and low energy particle data are used to investigate mass flux across magnetic discontinuities in interplanetary planar magnetic structures, which are non-spiral magnetic field structures whose magnetic field vector is highly variable but parallel to a plane typically for 4-6 hours in the solar wind. About 70 percent of the planar magnetic strucures were made of tangential discontinuities, however, there were cases in which the mass flux was not constant in the direction normal to the surface of the discontinuities .

Estimation of photoelectron current in various plasma densities on the basis of GEOTAIL EFD measurement
T. Ishii, K. Tsuruda, H. Hayakawa, T. Nakagawa, and T. Mukai

The electric potential of a spacecraft in the sunlit magnetosphere is determined by the balance of currents caused by thermal plasma, photoelectrons emitted from the spacecraft, non-thermal plasma, and a bias current forced to flow through the surface of the spacecraft. When the photoelectron current dominates, decrease of the spacecraft potential is proportional to the logarithm of the density of the ambient plasma. According to the GEOTAIL/EFD single probe measurement of electric field, however, the relationship between the spacecraft potential and logarithm of the density is not always linear. Furthermore, Hayakawa et al.(1993) found cases in which the spacecraft potensial was almost independent of the decrease of plasma density.

An attempt was made to estimate the energy of photoelectrons that reproduces best the spacecraft potential by assuming balance of the currents caused by photoelectrons and ambient thermal electrons. The GEOTAIL EFD single probe data and low energy particle (LEP) data were used for this purpose. The energy of photoelectrons was approximately 2 eV for density range between 1 and 10 /cm**3, and was about 6 eV for the density between 0.1 and 1 /cm**3.