The test-kinetic approach is used to study first order particle kinetic effects in the vicinity of the Earth bow shock, and check consistency with a solution obtained in the MHD approximation. The method, also referred to as reverse particle tracing, consists of integrating particle trajectories backward in time, using electromagnetic fields as obtained from an MHD simulation model. By following particles back to a region where the plasma distribution function is known, and using Liouville's theorem, it is possible to compute the distribution function at arbitrary points in space. Compared with the more familiar test-particle approach, where large numbers of particles are followed forward in time, the present method has the advantage of producing distribution functions without statistical errors. The test-kinetic method is applied here in combination with magnetospheric fields obtained with the global MHD code BATS-R-US. Consistency between the MHD solution and the first order kinetic solution is checked by comparing moments of the computed ion distribution function directly with corresponding physical parameters obtained in the MHD approximation. From there, the validity and limitations of both the MHD solution and the inferred particle kinetic solution can be assessed.
テスト粒子運動論的アプローチを用いて、地球のバウショック近傍における一次の粒子運動論的効果を研究し、MHD近似で得られた解との整合性を確認する。この方法は、逆粒子追跡とも呼ばれ、MHDシミュレーションモデルから得られた電磁場を用いて、粒子軌道を時間的に逆方向に積分することからなる。プラズマ分布関数が既知である領域まで粒子を遡って追跡し、リウヴィルの定理を用いることにより、空間内の任意の点における分布関数を計算することが可能である。多数の粒子を時間的に前方へ追跡する、より一般的なテスト粒子アプローチと比較して、本手法は統計的誤差なしに分布関数を生成できるという利点がある。ここでは、テスト粒子運動論的手法を、全球MHDコードBATS-R-USで得られた磁気圏の場と組み合わせて適用する。MHD解と一次の運動論的解との整合性は、計算されたイオン分布関数のモーメントを、MHD近似で得られた対応する物理パラメータと直接比較することによって確認される。そこから、MHD解と推定された粒子運動論的解の両方の妥当性と限界を評価することができる。