電離圏からのイオン流出過程と地球起源イオンのリングカレントへの寄与に関する研究

• Project/Area Number: 12J05283
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Space and upper atmospheric physics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 北村 成寿 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: イオン流出 / 極域電離圏 / 地球磁気圏 / 光電子 / FAST衛星 / 磁気嵐 / オーロラ / イオン組成

Outline of Annual Research Achievements

オーロラ帯では磁気圏からのエネルギー流入によってイオン流出が発生し、磁気圏に地球起源イオンを供給している。特に、重い酸素イオンの流出及び磁気圏への供給に関してはこのオーロラ帯からのイオン流出の寄与が大きく、重要視されている。FAST衛星の1998年1月から1999年2月の電磁場、電子、イオン、イオン組成のデータを解析し、流出するイオンの組成、エネルギーインプットと流出イオンフラックスの太陽天頂角依存性について解析を行った。その結果、磁力線のフットプリントの電離圏が日照状態の場合には流出イオンは酸素イオンが支配的な傾向があるが、日陰では水素イオンが支配的な傾向があることが明らかになった。また、大フラックスの酸素イオン流出イベントについては主に日照時に発生していた。降り込み電子(>50 eV)の密度とイオン流出フラックスの関係についても太陽天頂角依存性が見られ、酸素イオンの流出フラックスの理解には以前から指摘されていたエネルギーインプットに加えて、電離圏への日照の効果を考慮する事が重要である事を示した。
このデータセットを用いてイオン組成比(酸素/水素、ヘリウム/水素)の太陽天頂角依存性、エネルギーインプット(ポインティングフラックス、電子降り込み)とイオン流出フラックスの経験モデルを構築した。これらの経験モデルは磁気圏のモデリング研究において地球起源イオンの地球側の境界条件の設定に不可欠である。既存の経験モデルではイオン組成、太陽天頂角の効果が全く考慮されていなかった。過去の研究では特に日陰での酸素イオンの流出量を過大評価していた可能性があることが示された。新たに構築した経験モデルは地球起源イオンのリングカレントへの寄与についてのより定量的な評価に大きく寄与し、磁気嵐の発達過程の理解へも貢献することができると期待される。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Limited impact of escaping photoelectrons on the terrestrial polar wind flux in the polar cap (2015)
  • Author(s): N. Kitamura, K. Seki, Y. Nishimura, and J. P. McFadden
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 42 Issue: 9 Pages: 3106-3113
  • DOI: 10.1002/2015gl063452
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ReduCtion of the field-aligned potential drop in the polar cap during large geomagnetic storms (2013)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research-Space Physics Volume: 118 Issue: 8 Pages: 4864-4874
  • DOI: 10.1002/jgra.50450
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Storm-time electron density enhancement in the cleft ion fountain (2012)
  • Author(s): 北村成寿
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Space Physics Volume: Vol.117
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Solar zenith angle dependence of H+, He+, and O+ ion outflows (2015)
  • Author(s): Kitamura, N., K. Seki, K. Keika, Y. Nishimura, T. Hori, R. J. Strangeway, and E. J. Lund
  • Organizer: 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2015-06-26
  • Invited
• [Presentation] Effect of escaping photoelectrons on the polar wind outflows (2015)
  • Author(s): Kitamura, N., K. Seki, Y. Nishimura, J. P. McFadden, T. Abe, M. Yamada, S. Watanabe, and A. W. Yau
  • Organizer: 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2015-06-25
• [Presentation] Polar wind に対する流出光電子の効果 (2015)
  • Author(s): 北村成寿, 関華奈子, 西村幸敏, McFadden James P., 阿部琢美, 山田学, 渡部重十, Yau Andrew
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
  • Year and Date: 2015-05-27
• [Presentation] 極域における熱的～低エネルギーイオン流出及び波動の観測と課題 (2015)
  • Author(s): 北村 成寿, 桂華 邦裕, 小路 真史
  • Organizer: 電磁気圏観測に向けた将来探査衛星計画に関する研究集会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県名古屋市)
  • Year and Date: 2015-02-23
• [Presentation] 地球からの流出イオン組成の太陽天頂角依存性 (2015)
  • Author(s): 北村 成寿, 関 華奈子, 桂華 邦裕, 西村 幸敏, 堀 智昭, Robert J. Strangeway, E. J. Lund
  • Organizer: 2014年度名古屋大学太陽地球環境研究所研究集会「太陽地球系宇宙プラズマにおける重イオンの輸送・加熱・加速過程」
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県名古屋市)
  • Year and Date: 2015-01-29
• [Presentation] Solar zenith angle dependence of empirical formulas between energy inputs to the ionosphere and O+ and H+ ion outflows (2014)
  • Author(s): Kitamura, N., K. Seki, K. Keika, Y. Nishimura, T. Hori, R. J. Strangeway, and E. J. Lund
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2014-12-19
• [Presentation] Solar zenith angle dependence of empirical formulas between energy inputs to the ionosphere and O+ and H+ ion outflows (2014)
  • Author(s): 北村 成寿, 関 華奈子, 桂華 邦裕, 西村 幸敏, 堀 智昭, Robert J. Strangeway, E. J. Lund
  • Organizer: 第5回極域科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立極地研究所(東京都立川市)
  • Year and Date: 2014-12-02
• [Presentation] 電離圏へのエネルギー流入と酸素及び水素イオン流出との関係の太陽天頂角依存性 (2014)
  • Author(s): 北村 成寿, 関 華奈子, 桂華 邦裕, 西村 幸敏, 堀 智昭, Robert J. Strangeway, E. J. Lund
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会(SGEPSS)第136回講演会
  • Place of Presentation: キッセイ文化ホール(長野県松本市)
  • Year and Date: 2014-11-01
• [Presentation] Photoelectron flow and field-aligned potential drop in the polar wind (2014)
  • Author(s): 北村 成寿, 関 華奈子, 西村 幸敏, 堀 智昭, Robert J. Strangeway
  • Organizer: 中間圏・熱圏・電離圏 (MTI) 研究会
  • Place of Presentation: 情報通信研究機構小金井本部(東京都小金井市)
  • Year and Date: 2014-09-22
• [Presentation] FAST Ion outflow measurements - Flux, velocity, temperature, current density, and characteristics of electron precipitation during the GEM first storm (2014)
  • Author(s): Kitamura, N., and K. Seki
  • Organizer: The 2014 GEM Summer Workshop
  • Place of Presentation: Portsmouth, USA
  • Year and Date: 2014-06-17
• [Presentation] Solar zenith angle dependence of relationships between energy inputs to the ionosphere and O+ and H+ ion outflows (2014)
  • Author(s): Kitamura, N., K. Seki, K. Keika, Y. Nishimura, T. Hori, R. J. Strangeway, and E. J. Lund
  • Organizer: The 2014 GEM Summer Workshop
  • Place of Presentation: Portsmouth, USA
  • Year and Date: 2014-06-17
• [Presentation] 電離圏へのエネルギー流入と酸素及び水素イオン流出との関係の太陽天頂角依存性 (2014)
  • Author(s): 北村 成寿, 関 華奈子, 桂華 邦裕, 西村 幸敏, 堀 智昭, Robert J. Strangeway, J. P. McFadden, E. J. Lund
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2014-04-29
• [Presentation] 地球からの水素流出に関する問題 (2014)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Organizer: STE研研究集会「れいめい観測から超小型探査機編成観測計画へ」
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-03-24
• [Presentation] Very-low-energy O+ion outflows during geomagnetic storms (2014)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Organizer: American Geophysical Union Chapman Conference on Magnetosphere-lonosphere Coupling in the Solar System
  • Place of Presentation: Yosemite National Park, USA
  • Year and Date: 2014-02-10
• [Presentation] Photoelectron flow and field-aligned potential drop in the polar wind (2014)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Organizer: American Geophysical Union Chapman Conference on Magnetosphere-Ionosphere Coupling in the Solar System
  • Place of Presentation: Yosemite National Park, USA
  • Year and Date: 2014-02-10
  • Invited
• [Presentation] Reduction of the field-aligned potential drop in the polar cap during large geomagnetic storms (2013)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting 2013
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2013-12-13
• [Presentation] Solar activity dependence of quiet-time photoelectron outflows and the field-aligned potential drop in the polar cap (2013)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Organizer: International CAWSES-II Symposium
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2013-11-21
• [Presentation] Geomagnetic activity dependence of photoelectron outflows and the field-aligned potential drop in the polar cap (2013)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Organizer: 第134回地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 高知大学
  • Year and Date: 2013-11-02
• [Presentation] Reduction of the field-aligned potential drop in the polar cap during large geomagnetic storms (2013)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Organizer: The 2013 GEM Summer Workshop
  • Place of Presentation: Snowmass, USA
  • Year and Date: 2013-06-20
• [Presentation] Solar activity dependence of the net escaping electron number flux and the magnitude of the field-aligned (reflection) potential drop during geomagnetically quiet periods (2013)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Organizer: The 2013 GEM Summer Workshop
  • Place of Presentation: Snowmass, USA
  • Year and Date: 2013-06-19
• [Presentation] 地磁気静穏時の極冠内における光電子の流出と沿磁力線電位差の太陽活動依存性 (2013)
  • Author(s): 北村 成寿
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2013-05-23
• [Presentation] 極域電離圏から内部磁気圏へのイオン供給 (2012)
  • Author(s): 北村成寿
  • Organizer: 第二回ERGサイエンス会議/GEMSIS-M,Iワークショップ
  • Place of Presentation: 名鉄犬山ホテル(愛知県)
  • Year and Date: 2012-12-27
• [Presentation] Storm-time electron density enhancement in the cleft ion fountain (2012)
  • Author(s): 北村成寿
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting(アメリカ地球物理学連合2012年秋学会)
  • Place of Presentation: Moscone Center(アメリカ合衆国・サンフランシスコ)
  • Year and Date: 2012-12-05
• [Presentation] Reduction of the field-aligned potential drop in the polar cap during large geomagnetic storms (2012)
  • Author(s): 北村成寿
  • Organizer: 2012 GEM Mini-workshop(磁気圏環境モデリングミニワークショップ)
  • Place of Presentation: Westin San Francisco(アメリカ合衆国・サンフランシス
  • Year and Date: 2012-12-02
• [Presentation] Reduction of the field-aligned potential drop in the polar cap during large geomagnetic storms (2012)
  • Author(s): 北村成寿
  • Organizer: 第132回地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • Year and Date: 2012-10-22
• [Presentation] Photoelectron flows in the polar wind during geomagnetically quiet periods (2012)
  • Author(s): 北村成寿
  • Organizer: The 2012 GEM Summer Workshop(磁気圏環境モデリングワークショップ)
  • Place of Presentation: Snowmass Conference Center(アメリカ合衆国・アスペン)
  • Year and Date: 2012-06-20
• [Presentation] 地磁気静穏時・弱擾乱時の極冠内における光電子の流出と高高度における反射 (2012)
  • Author(s): 北村成寿
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場(千葉県)
  • Year and Date: 2012-05-24
• [Remarks] 地球から宇宙空間への極風による大気流出量は太陽活動に影響されないことを発見
  • URL: http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20150514_stelab.pdf