授業の目的 【日本語】
Goals of the Course(JPN) | | | 宇宙における様々なプラズマ現象をプラズマ物理学の基礎から学ぶことを目的とする。特に、太陽恒星活動、太陽恒星圏、地球と惑星の電磁気現象、星形成領域、降着円盤などにおける宇宙プラズマ現象の理解を深めることを目指す。 |
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授業の目的 【英語】
Goals of the Course | | | The purpose of this course is to give each student an appreciation and understanding of the space and astronomical plasma phenomena, e.g., solar and stellar activities, heliospheric and atmospheric activities, electromagnetism of the earth and planets, star formation regions, and accretion disks, based on the basic theories of plasma physics. |
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到達目標 【日本語】
Objectives of the Course(JPN)) | | | プラズマと電磁流体力学の基礎理論を学び、それに基づいて様々な宇宙プラズマ現象の物理を理解することができること。 |
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到達目標 【英語】
Objectives of the Course | | | To learn the basic theories of plasmas and magnetohydrodynamics and to be able to understand the various astronomical plasmas based on them. |
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授業の内容や構成
Course Content / Plan | | 1. 序論： プラズマとは何であるかを学ぶと共に、様々な宇宙プラズマ現象を概観する。
2. 宇宙プラズマの数学的記述： 様々な電磁場中での荷電粒子の運動について学んだ後に、分布関数を使ったプラズマの記述法を学ぶと共に、大スケールに適用されるプラズマ理論としての電磁流体力学 (MHD)の基礎を学ぶ。
3. 宇宙プラズマの構造を決めるもの： 様々な種類のプラズマ平衡について学ぶ。特に、フォースフリー磁場の性質について学ぶ。
4. 宇宙プラズマにおける波動と衝撃波： 電磁流体力学波とその衝撃波の基礎理論を学ぶと共に、関連する宇宙プラズマ現象について学ぶ。
5. 宇宙プラズマにおける不安定性と磁気リコネクション： 電磁流体力学不安定性の線形理論と磁気リコネクションの基礎を学ぶと共に、それらを基に太陽フレアなどのプラズマ爆発現象の理解を深める。
6. 宇宙における高エネルギー粒子の生成： 波動と粒子の相互作用の基礎を学ぶと共に、フェルミ加速などプラズマ中の粒子加速について学ぶ。
7. ダイナモ： 運動学的ダイナモとMHDダイナモの基礎を学ぶと共に、太陽黒点周期など天体磁場の生成と変動について学ぶ。
8. 宇宙プラズマシミュレーション： 宇宙プラズマ現象を計算機で再現する方法と研究例を学ぶ。
9. 宇宙天気とその予測： 人間生活に関連する宇宙プラズマ現象としての宇宙天気について学ぶと共に、その社会影響を軽減する取り組みとしての宇宙天気予報のための研究の現状と課題を学ぶ。
毎回の授業に関連した簡単な課題を課します。翌週までに課題レポートとして提出してください。また、授業で行った質問と議論をまとめた質問レポートも提出してください。留学生が受講される場合、英語で講義を実施する場合があります。
1. What is plasma? A brief review of astrophysical plasmas.
2. Mathematical description of plasmas: particle motions in electric and magnetic fields, distribution function, magnetohydrodynamics (MHD)
3. MHD equilibrium: Various types of equilibrium, force-free field, and its properties
4. Waves and shocks in plasma: MHD waves and shocks, the related phenomena
5. Instability and magnetic reconnection: The basic theories of linear MHD instabilities and magnetic reconnection, explosive plasma phenomena such as solar flares
6. Particle acceleration in plasmas: Wave-particle interaction, Fermi acceleration
7. Dynamos: Basic theories of kinematic and MHD dynamos, solar cycle, and sunspot formation
8. Plasma simulations: Numerical method and the application of plasma simulations
9. Space weather and its prediction: Space weather as a space plasma phenomenon related to human life, and the current status and issues of space weather prediction as an effort to mitigate its social impact.
We will give a simple task related to each topic. Please submit it as a task report by the next week. Also, please submit a question report in which the questions and discussions you asked in class should be summarized. This lecture will be given in English if international students take this course. |
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履修条件
Course Prerequisites | | 電磁気学の基礎を習得していること。
It is necessary to learn the basics of electromagnetism. |
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関連する科目
Related Courses | | |
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成績評価の方法と基準
Course Evaluation Method and Criteria | | 授業における質問と議論の内容及び提出されたレポート（課題レポート及び質問レポート）の内容をもとに評価する。宇宙プラズマに関する基礎的な知識を獲得すると共に、授業へ積極的かつ能動的に参加することを合格の基準とする。
The Evaluation will be based on the content of questions and discussions in class and the submitted reports (task reports and question reports). Acquiring basic knowledge about plasma astrophysics and actively participating in classes are required. |
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教科書・テキスト
Textbook | | 特に.指定しない。必要に応じて講義資料を配布する。
Not specified. We will distribute lecture materials as needed. |
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参考書
Reference Book | | ・ プラズマ物理入門 F. F. Chen著、内山岱二郎訳 (丸善)
・ 宇宙流体力学 坂下志郎、池内了著（倍風館）
・ Plasma Physics, Basic Theory with Fusion Applications, K.Nishikawa and M. Wakatani (Springer- Verlag)
・ Physics of Solar System Plasmas, Thomas E. Cravens (Cambridge University Press) |
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課外学習等（授業時間外学習の指示）
Study Load(Self-directed Learning Outside Course Hours) | | 毎週出題する課題について自ら考察し「課題レポート」として提出してください。また、授業中に行った質問と議論をまとめ、関連する事項を自ら調査考察して「質問レポート」として提出してください。授業中に行えなかった質問についても質問レポートに記入して提出してください。
We will give a simple homeworking task related to each topic every week. Please submit it as a task report by the following week. Also, please submit a question report to summarize the questions and discussions you asked in class. You can ask some additional questions on the question report. |
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注意事項
Notice for Students | | 質問や議論のための研究室訪問を歓迎します。予定を調整しますので、電子メールで必ず事前にご連絡ください。担当教員の研究室は「研究所共同館（宇宙地球環境研究所）Ⅰ－４２５室」です。
We welcome laboratory visits for questions and discussions. Please contact the professor in advance when we want to visit him. The laboratory is located in Room 425 of Research Institute Building 1.
Homepage:
http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~kusano/ |
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他学科聴講の可否
Propriety of Other department student's attendance | | |
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他学科聴講の条件
Conditions of Other department student's attendance | | |
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レベル
Level | | 大学院生レベル
graduate student level |
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キーワード
Keyword | | 宇宙プラズマ、電磁流体力学、平衡、不安定性、太陽、磁気リコネクション、ダイナモ、衝撃波
space plasma, magnetohydrodynamics, equilibrium, instabilities, the sun, magnetic reconnection, dynamo, shock |
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履修の際のアドバイス
Advice | | 授業中に積極的に質問と議論をすることを特に歓迎します。
We especially welcome questions and discussions during class. |
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授業開講形態等
Lecture format, etc. | | 対面・遠隔の併用。
Face-to-face / remote combination. |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置
Additional measures for remote class (on-demand class) | | 遠隔授業はZOOMで実施し、授業内容の録画をオンデマンドで視聴できるようにします。課題は授業で提示しますので、課題レポートと質問レポートを翌週までにNUCTで提出してください。教員への質問は電子メールまたはNUCTによって行うことができます。授業の受け方について詳しくは第1回目の授業で説明します。
The remote lecture will be conducted using ZOOM and the recordings of each class can be viewed on-demand. We give a homeworking task in class, so please submit the task report and the question report by NUCT by the following week. You can also ask any questions to the professor by email or NUCT. Details on how to take classes will be explained in the class on the first week. |
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