内部磁気圏のＵＬＦ波動によるイオン拡散とリングカレントの変動

• Project/Area Number: 19J14222
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
• Research Institution: The University of Tokyo (2020); Kyoto University (2019)
• Principal Investigator: 山本 和弘 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: ULF波動 / ドリフトバウンス共鳴 / リングカレント / サブストーム / あらせ衛星 / 内部磁気圏 / Van Allen Probes衛星 / 地磁気嵐

Outline of Research at the Start

本研究では、地球周辺の宇宙空間（ジオスペース）に存在する高エネルギーイオンと、数十秒～数百秒の周期をもつULF波動の波動粒子相互作用が引き起こす共鳴粒子の動径方向の拡散について、その規模や速さを複数の衛星の観測データを用いることで定量的に明らかにする。
とくに、粒子の流出が強く見られると考えられる10keV程度のイオンの共鳴に着目し、イオンの分布関数の変動を統計的に調べるとともに、波動の発生領域の広がりも明らかにし、ジオスペース全体での影響を評価する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、地球磁気圏におけるpoloidal ULF波動がリングカレントの粒子に与える影響の定量的評価を目的としている。本年度は、あらせ衛星とVan Allen Probes衛星の共同観測の機会を利用し、観測されたpoloidal ULF波動の性質とリングカレント粒子（陽子）の動径方向の分布関数の変化を明らかにした。あらせ衛星がpoloidal ULF波動を観測した後、あらせ衛星の通過した領域における陽子の分布関数の動径方向分布を、Van Allen Probe Bが1.5時間後に観測した事例を見出した。この事例は、本研究で初年度に発見された~10 keV程度の陽子による東向き伝搬するpoloidal ULF波動の励起であり、この現象が一般に観測されることを示すものである。さらに、東向き伝搬するpoloidal ULF波動の励起に特有な、地球方向への粒子拡散を示唆していた。また、その変動の空間スケールやエネルギー変動について定量的な見積もりを与えており、ULF波動による動径方向の共鳴粒子拡散について、独自に見出した現象から新たな定量的評価を与えるものである。以上の内容をIAGA-IASPEI2021学会で発表予定である。
本研究では、上述のイオンの動径拡散に加えて、相対論的電子の拡散に関係する波動の解析も進めている。それまで統計的な調査が不足していた高調波構造を持つtoroidal ULF波動の統計的な解析を行い、その太陽風依存性を明らかにした。これにより、様々な太陽風変動や磁気圏擾乱の状態において、相対論的電子の変動におけるULF波動が担う役割について一層の理解が進むことが期待される。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] DC component of spacecraft-origin magnetic field noise at the Arase/MGF sensor: (1) Evaluation with Tsyganenko 89 model (2019)
  • Author(s): Yamamoto, K., S. Oimatsu, M. Nose, A. Matsuoka, M. Teramoto, and S. Imajo
  • Journal Title: JAXA Research and Development Report Volume: JAXA-RR-18-005E Pages: 23-28
  • URL: http://id.nii.ac.jp/1696/00001790/
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Eastward propagating second harmonic poloidal waves triggered by temporary outward gradient of proton phase space density: Van Allen Probe A observation (2019)
  • Author(s): Yamamoto, K., M. Nose, K. Keika, D. P. Hartley, C. W. Smith, R. J. MacDowall, L. J. Lanzerotti, D. G. Mitchell, H. E. Spence, G. D. Reeves, J. R. Wygant, J. W. Bonnell, and S. Oimatsu
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 124 Issue: 12 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1029/2019ja027158
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Second harmonic poloidal standing Alfven waves excited by a steep gradient of proton phase space density at the edge of the nose structure (2021)
  • Author(s): Kazuhiro Yamamoto, K. Seki, M. Nose, A. Mastuoka, M. Teramoto, R. Nomura, S. Kasahara, S. Yokoya, K. Keika, K. Asamura, Y. Kasahara, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, M. Shoji, Y. Miyoshi, I. Shinohara, H. Spence, G. Reeves
  • Organizer: IAGA-IASPEI2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Eastward Propagating Second Harmonic Poloidal Waves Triggered by Temporary Outward Gradient of Proton Phase Space Density: Van Allen Probe A Observation (2020)
  • Author(s): K. Yamamoto, M. Nose, K. Keika, D. P. Hartley, C. W. Smith, R. J. MacDowall, L. J. Lanzerotti, D. G. Mitchell, H. E. Spence, G. D. Reeves, J. R. Wygant, J. W. Bonnell, S. Oimatsu
  • Organizer: EGU2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Excitation of poloidal Pc 5 waves associated with the substorm nose structure: Arase observation (2020)
  • Author(s): K. Yamamoto, M. Nose, A. Matsuoka, M. Teramoto, R. Nomura, S. Kasahara, S. Yokota, K. Keika, K. Asamura, Y. Kasahara, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, M. Shoji, Y. Miyoshi
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] IMF dependence of multi-harmonic toroidal ULF waves: A statistical study of the Arase satellite observations (2020)
  • Author(s): K. Yamamoto, K. Seki, A. Matsuoka, S. Imajo, M. Teramoto, Y. Kasahara, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, M. Shoji, Y. Miyoshi
  • Organizer: SGEPSS Fall Meeting 2020
• [Presentation] Giant Pulsations Excited by a Steep Earthward Gradient of Proton Phase Space Density: Arase Observation (2019)
  • Author(s): Kazuhiro Yamamoto, Masahito Nose, Satoshi Kasahara, Shoichiro Yokota, Kunihiro Keika, Ayako Matsuoka, Mariko Teramoto, Kazue Takahashi, Satoshi Oimatsu, Reiko Nomura, Massimo Vellante, Balázs Heilig, Akiko Fujimoto, Yoshimasa Tanaka, Manabu Shinohara, Iku Shinohara, Yoshizumi Miyoshi
  • Organizer: 27th IUGG General Assembly
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Statistical Property of Long Lasting Poloidal Pc 4-5 Waves and Its Relation with Proton Phase Space Density Variations: Van Allen Probes Observation (2019)
  • Author(s): Yamamoto, K., M. Nose, K. Keika, C. Kletzing, C. W. Smith, R. J. MacDowall, L. J. Lanzerotti, D. G. Mitchell, & H. Kim
  • Organizer: AGU fall meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Statistical Property of Long Lasting Poloidal Pc 4-5 Waves and Relation with Particle Dynamics in the Inner Magnetosphere: Van Allen Probes Observations (2019)
  • Author(s): 7.Yamamoto, K., M. Nose, K. Keika, C. W. Smith, R. J. MacDowall, D. G. Mitchell, H. Kim, & J. Wygant
  • Organizer: JpGU Meeting 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Statistical Property of Long Lasting Poloidal Pc 4-5 Waves and Its Relation with Proton Phase Space Density Variations (2019)
  • Author(s): 15.山本和弘, 能勢正仁, 桂華邦裕, Kletzing Craig A. , Smith Charles W., Macdowall Robert J., Lanzerotti Louis J. , Mitchell Donald, & Kim Hyomin
  • Organizer: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Remarks] 山本が地球電磁気・地球惑星圏学会学生発表賞を受賞
  • URL: http://www-step.kugi.kyoto-u.ac.jp/topics/2019/000276.html
• [Remarks] 山本他の論文がJournal of Geophysical Research
  • URL: http://www-step.kugi.kyoto-u.ac.jp/topics/2019/000277.html