ジェームズ・ダンジー

ジム・ダンジー
ダンジー氏はウォルバースウィックの自宅の外で、1985年に退職した際にインペリアル・カレッジ・ロンドンの同僚から贈られた風見鶏を高く掲げている。 この風見鶏は、磁気再結合と開放磁気圏の概念を紹介した1961年の論文に描かれた図式を模している。
生まれる	ジェームズ・ウィン・ダンジー 1923 （1923年）
死亡	2015年（91～92歳）
母校	ケンブリッジ大学
科学者としてのキャリア
機関	シドニー大学 インペリアル・カレッジ・ロンドン ペンシルバニア州立大学
論文	宇宙磁気学に関するいくつかの研究 (1951)
博士課程の指導教員	フレッド・ホイル
博士課程の学生	スタン・カウリー[1]

ジェームズ・ウィン・ダンジー（1923年 - 2015年）^[2]は、宇宙天気の分野を確立する上で重要な役割を果たし、プラズマ物理学の基礎的理解に多大な貢献をしたイギリスの宇宙科学者です。

ダンジーはリンカンシャー州スタンフォードで教師の息子として育った。第二次世界大戦中はラグビーのブリティッシュ・トンプソン・ヒューストン社でレーダーの開発に携わった。終戦後、1947年にケンブリッジ大学の一部であるケンブリッジ大学マグダレン・カレッジで学位を取得した。その後、同大学でフレッド・ホイルの指導の下、博士号を取得した。^[2]

1950年から1953年までダンジーはロン・ジョヴァネッリとともにシドニー大学で、1953年から1954年までペンシルバニア州立大学で、1954年から1957年までケンブリッジ大学で働いた。1957年から1959年までニューカッスル・アポン・タインにあるキングス・カレッジ（現在のニューカッスル大学）で数学講師を務め、1959年から1963年まで英国原子力兵器研究所で働いた。1963年にインペリアル・カレッジ・ロンドンのブラケット研究所に移り、1965年から1984年に退職するまで物理学教授を務めた。^{[3] [4]}

ダンジーは磁気再結合の概念を導入しました。このメカニズムは当初は受け入れられませんでしたが、現在ではプラズマ（電離ガス）物理学のすべての分野で基本的な重要性があると認識されています。磁気再結合は、磁気エネルギーを熱とエネルギーを与えられた荷電粒子に変換するという点で、天体物理学、宇宙、実験室のプラズマに重要な影響を及ぼします。また、磁力線を再構成することでさまざまな現象を可能にします。磁気再結合は、太陽コロナ、惑星間空間、地球の磁気圏、核融合トカマク、および多くの天体物理学的物体で発生するプロセスです。また、運用システムに対する宇宙天気の影響を制御する重要な要因でもあり、太陽フレアやコロナ質量放出 （CME）でのエネルギー解放を引き起こし、太陽風の流れ（およびCMEによるその増強）から地球の宇宙環境である磁気圏にエネルギーを伝達する重要なメカニズムです。^[5]これは核融合研究においても非常に重要であり、トカマクにおけるプラズマの磁気閉じ込めに問題を引き起こしますが、プラズマを圧縮するためにいくつかの装置で利用されています。

ダンジーは、高緯度磁力計で検出された極域電離層の既知の電流システムの起源について考察した。^[6]彼は、博士課程の指導教官フレッド・ホイルがオーストラリアのシドニーでロン・ジョヴァネリの理学博士論文を検討した後、この研究に導かれた。この論文には、磁気ゼロが電流シートで反対方向の磁場を消滅させることで太陽フレアに電力を供給するという概念が含まれていた。ホイルは、そのようなメカニズムが地球のオーロラに電力を供給できるのではないかと考えた。ダンジーの革新は、電流シートの磁気相互作用領域を制限し、磁場のトポロジーの変化を予測することだった。これにより、エネルギーを帯びた粒子と再結合した磁束が電流シートに沿って逃げることができるようになった ^{[3] [7]}

ダンジーは当初、自分の研究成果を出版するのに苦労した。当時イギリスの宇宙物理学研究で最も重要な雑誌はMonthly Notices of the Royal Astronomical Societyであったが、同誌への投稿は却下された。シドニー・チャップマンの助言を受けて、彼はPhilosophical Magazineに論文を投稿し、最終的に受理された。^[8]このメカニズムには克服すべき技術的な問題があった。例えば、パーカーとスウィートの最初の理論^{[9] [10]}は、磁気再結合は示していたものの、速度が十分でなく、十分な電圧（ファラデーの法則によれば、磁束磁気移動率に等しい）を供給できなかった。これは、空気力学者ハリー・ペチェック^[11]によって解決され、彼は再結合部位への流入部に衝撃波面を追加した。これにはいくつかの効果があったが、決定的に重要なのは流出領域が開き、再結合した磁束とプラズマが電流シートに沿ってより急速に放出されるようになることであり、これがパーカー・スウィート再結合の制限であり、磁気消滅の阻害の原因であった。現在では、アルヴェン波も同じ役割を果たしていることが認識されています。

克服する必要のあるこの正当な問題に加えて、多くの誤った問題が提起された。たとえば、「レンツの法則」の不適切な適用（ダンジーはこの問題を認識しており、博士論文で解決していた）や、移動する磁力線の概念に対する不必要な哲学的反論などである。ダンジーの 1961 年の論文は、後に「開放型磁気圏モデル」と呼ばれるようになったものを説明したもので、宇宙船による現場測定の出現のほんの少し前のことであった。宇宙データが蓄積されるにつれて、彼のアイデアによって一意に説明される磁気圏と電離圏の構造と動作の特徴のリストは長くなった。^{[12] [13]}それにもかかわらず、皮肉なことに、太陽物理学、天体物理学、実験室プラズマ物理学（核融合研究を含む）など、磁気圏物理学以外の分野では、この概念はより一般的に受け入れられた。^[5]特に、ノーベル賞受賞者のハンネス・アルヴェンは、声高で辛辣で影響力のある批評家であり、大規模プラズマの凍結磁束という彼自身の（そして現在ではほぼ普遍的に使用されている）概念（「アルヴェンの定理」または「理想MHD」とも呼ばれる）^{[14]とともに再結合を否定した。これは、彼が1970年に}ノーベル賞を受賞した磁気流体力学（MHD）の定式化の一部であった。再結合は、薄い電流シートで発生する理想MHDの崩壊であり、凍結を適用せずに適用した場合、プラズマの速度せん断と渦によってさらに絡み合う磁力線を解くことで、理想MHDに対する最大の反論の1つに解決策を提供する。今日、再結合は、太陽風から磁気圏への質量、エネルギー、運動量の移動を説明する上で不可欠な重要なメカニズムとして確立されており、それによって地球の宇宙天気と地磁気擾乱を引き起こしている。^[5]

再結合によって引き起こされる磁気圏内のプラズマの循環は「対流」と呼ばれ、ダンジー サイクルと呼ばれることが多い。ダンジーはこれを、電場が磁気圏内全体に広がる定常循環として想定した (定常状態に関するファラデーの法則で予測されているように)。しかし、昼側磁気圏境界面と夜側尾部電流シートの再結合電圧の不均衡が、後にオーロラサブストームサイクル現象の原因であると認識された。^[15]これらの非定常状態における電離圏と磁気圏の対流循環は、「膨張収縮極冠」(ECPC) モデルによって説明され、ダンジー サイクルは、昼側および/または尾部の再結合によって乱された磁気圏-電離圏システムを平衡状態に戻すプラズマ (および凍結磁場) の動きとして理解されている。^[16]

1994年にヨーロッパ地球物理学会（現在のヨーロッパ地球科学連合）から名誉会員として表彰された際の表彰状は、科学者として、また後世の育成者としてのダンジーの仕事の重要性と幅広さを強調するものでした。^[17]

地球の磁気圏の多くの特徴は 、ダンジーが磁気再結合を提唱した後に初めて提案され、調査された。彼は地磁気尾部の長さを初めて計算した人物であり^[18]、その値はその宇宙領域を訪れた最初の宇宙船ミッションで発見された値とよく一致した。^[19]彼は惑星間磁場が北を向くと「ローブ再結合」が起こると予測した。 ^[20]これは低軌道宇宙船（例えば宇宙ハリケーンイベント中）や昼間のオーロラの観測で観測されている。^[21]ローブ再結合は、磁気圏が平衡システムになることはめったにない、あるいはまったくないという重要な意味合いを持つ。^{[22]ダンジーは、外部磁気圏内の}MHD波が地球表面で見られる振動の源であり、これらの連続的な脈動は共鳴過程であると示唆した最初の人物であり^[23]、特にこの文脈で磁気圏境界上のケルビン・ヘルムホルツ波の役割を認識し^[24]、（デイビッド・サウスウッドと共に）これらの現象が重要なメカニズムと診断を与えることを示した。^{[25] [26]}彼は磁気圏電離層結合の重要性を最初に認識し^[27]、学生のスティーブン・ナイトと共に沿磁力線電位滴の生成について研究した。^[28]彼は放射線帯における粒子拡散を提唱し^[29]、（スタン・カウリーおよびテッド・スパイザーと共に）電流シート内の波と粒子を提唱した。^[30]ダンジーは、ホイッスラーモード波とヴァン・アレン放射線帯の電子との間のジャイロ共鳴相互作用が、後者を電離層に沈殿させるのに重要であることを最初に認識した人物でもあり、^[31]これは放射線帯の現代の研究の基礎となるメカニズムである。^[32]

ダンジーは、デビッド・サウスウッド、スタン・カウリー^[1]、ジェフ・ヒューズ^[33] 、ドン・フェアフィールド^[4]、マハ・アシュア・アブダラなど、この分野に貢献することになる一連の宇宙物理学者を指導した。^{[要出典]彼はまた、欧州非干渉散乱（} EISCAT）レーダーや欧州宇宙機関のクラスターマルチ宇宙船ミッションなど、次世代の科学者によって使用される提案されたミッションや施設の支持者でもあった。 ダンジーはクラスターの最初の提案を執筆し、TOPS（「Tetrahedral observatory probe system」）と呼んだ。 ^{[34] [35]それは1966年のことで、クラスターを}アリアン5の不運なアリアンフライトV88に搭載して打ち上げる最初の試みの30年前、宇宙船ミッションが成功裏に打ち上げられる34年前のことである。

• 1982年王立天文学会チャップマンメダル^[36]
• 1990年王立天文学会金メダル[ ^37]
• 1991年アメリカ地球物理学連合よりフレミング賞受賞^{[38] [39]}
• 1994年 欧州地球物理学会（現欧州地球科学連合）名誉会員。^[17]

王立天文学会は毎年、彼を称えてジェームズ・ダンジー講演会を開催している。^[40]