Study on thermal plasma characteristics using ray tracing and collaborative observation data from Arase and ground stations
Project/Area Number |
21H01146
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
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Research Institution | Kanazawa University |
Principal Investigator |
笠原 禎也 金沢大学, 学術メディア創成センター, 教授 (50243051)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土屋 史紀 東北大学, 理学研究科, 准教授 (10302077)
淺村 和史 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50321568)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
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Keywords | プラズマ波動 / 熱的プラズマ / あらせ衛星 / イオンサイクロトロン波 / レイトレイシング |
Outline of Research at the Start |
磁気圏プラズマの大勢を占める熱的プラズマは、地球内部磁気圏の電磁特性を決める重要な役割を果たすが、現在の衛星観測技術では実測困難である。本研究では、熱的イオンの密度・組成に依存して伝搬特性が変化するプラズマ波(EMIC波)に着目し、磁気圏内の熱的イオンの特性解明をめざす。同目的のため、あらせ衛星で観測されたEMIC波の特性周波数から、観測点における熱的イオンの組成比を推定するとともに、波の伝搬通路を理論計算できるレイトレイシング法を駆使して、衛星-地上で同時観測されたEMIC波の伝搬特性を再現することで、グローバルな熱的イオンの空間分布を、逆問題解析問題に帰着して推定する。
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Outline of Annual Research Achievements |
磁気圏プラズマの大勢を占める熱的プラズマは、地球内部磁気圏の電磁特性を決める重要な役割を果たすが、現在の衛星観測技術では実測困難である。本研究課題は、熱的イオンの密度・組成に依存して伝搬特性が変化するプラズマ波(EMIC波)に着目し、磁気圏内の熱的イオンの特性解明をめざしている。 初年度は、科学衛星「あらせ」による内部磁気圏内のイオンサイクロトロン(EMIC)波の空間分布や周波数特性を、あらせ衛星で観測されたEMICイベントを対象に、その統計的性質の解明を進めた。さらに、あらせ、Van Allen Probes、地上観測網の3点で同時観測されたEMIC波を詳細解析し、このEMIC波が特定の磁力性に沿った極めて狭い領域を通って地上に伝搬していることを明らかにした。 一方、科学衛星による電界強度計測は、周辺プラズマ環境によって変化するため、あらせ機上で定期的に実施している強度較正用データの解析を行うとともに、あらせ・Van Allen Probes両衛星で同時観測されたVLF帯波動について強度比較を行い較正結果の妥当性を確認した。 今後、衛星上で観測されたEMIC波の伝搬方向を解析するには、前述の精密なデータ較正に加え、観測データに混入する衛星由来の雑音を考慮した到来方向推定手法を確立する必要がある。同問題に対し、経年変化によって搭載センサ間の雑音特性にばらつきが生じた場合を想定した到来方向推定アルゴリズムを新たに考案し、その性能を疑似データを用いて検証した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
あらせ衛星で観測されたEMIC波の観測イベントを網羅的にピックアップして統計解析を進めるとともに、Van Allen Probesや地上観測網で同時観測されたEMICイベントを対象に、波動の伝搬特性を明らかにした。 加えて、周辺のプラズマ環境によって感度が変化する電界センサの較正や、センサ間の雑音特性のばらつきを考慮した波動到来方向推定法を新たに開発するなど、本研究課題で必要な一連の解析環境も整備されつつある。
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Strategy for Future Research Activity |
あらせ衛星をはじめ、地上観測網などで同時観測されているEMICイベントの数を増やし、内部磁気圏から地上へのEMIC波の伝搬特性を観測的に明らかにする。 一方で、EMIC波のレイトレイシングを、磁気圏内の電子密度モデルと一つであるGlobal Core Plasma Model(GCPM)をベースに行い、波動の伝搬通路を理論的に解析する。解析においては、GCPMから得られる電子密度を、衛星軌道に沿って実観測した背景電子密度で補正するとともに、高度方向に沿ったイオン組成比を様々に変化させ、観測に合致するEMIC波の伝搬通路を求める。観測とレイトレイシング結果が合致する解を導出することで、各観測イベントごとの電子およびイオンの空間プロファイルの推定につなげる。
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Report
(1 results)
Research Products
(60 results)
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[Journal Article] Flux enhancements of field-aligned low-energy O+ ion (FALEO) in the inner magnetosphere: A possible source of warm plasma cloak and oxygen torus2022
Author(s)
Nose, M., A. Matsuoka, Y. Miyoshi, K. Asamura, T. Hori, M. Teramoto, I. Shinohara, M. Hirahara, C. A. Kletzing, C. W. Smith, R. J. MacDowall, H. E. Spence, G. D. Reeves, and J. W. Gjerloev
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Journal Title
Journal of Geophysical Research
Volume: 127
Issue: 3
Pages: 1-19
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Statistical study of approaching strong diffusion of low-energy electrons by chorus and ECH waves based on in situ observations2021
Author(s)
M. Fukizawa, T. Sakanoi, Y. Miyoshi, Y. Kazama, Y. Katoh, Y. Kasahara, S. Matsuda, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, A. Matsuoka, S. Kurita, S. Nakamura, M. Shoji, M. Teramoto, S. Imajo, I. Shinohara, S.-Y. Wang, S. W.-Y. Tam, T.-F. Chang, B.-J. Wang, C.-W. Jun
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 127
Issue: 3
Pages: 1-12
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Cross-Energy Couplings from Magnetosonic Waves to Electromagnetic Ion Cyclotron Waves through Cold Ion Heating inside the Plasmasphere2021
Author(s)
Asamura Kazushi, Shoji Masafumi, Miyoshi Yoshizumi, Kasahara Yoshiya, Kasaba Yasumasa, Kumamoto Atsushi, Tsuchiya Fuminori, Matsuda Shoya, Matsuoka Ayako, Teramoto Mariko, Kazama Yoichi, Shinohara Iku
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 127
Issue: 24
Pages: 245101-245101
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Role of Ducting in Relativistic Electron Loss by Whistler‐Mode Wave Scattering2021
Author(s)
Artemyev A. V.、Demekhov A. G.、Zhang X.‐J.、Angelopoulos V.、Mourenas D.、Fedorenko Yu V.、Maninnen J.、Tsai E.、Wilkins C.、Kasahara S.、Miyoshi Y.、Matsuoka A.、Kasahara Y.、Mitani T.、Yokota S.、Keika K.、Hori T.、Matsuda S.、Nakamura S.、Kitahara M.、Takashima T.、Shinohara I.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 126
Issue: 11
DOI
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[Journal Article] Arase Observation of Simultaneous Electron Scatterings by Upper‐Band and Lower‐Band Chorus Emissions2021
Author(s)
Y. Kazama, Y. Miyoshi, H. Kojima, Y. Kasahara, S. Kasahara, H. Usui, B.‐J. Wang, S.‐Y. Wang, S. W. Y. Tam, T. F. Chang, K. Asamura, S. Matsuda, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, Y. Kasaba, M. Shoji, A. Matsuoka, M. Teramoto, T. Takashima, I. Shinohara
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Journal Title
Geophysical Research Letters
Volume: 48(14)
Issue: 14
Pages: 1-10
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Penetration of MeV electrons into the mesosphere accompanying pulsating aurorae2021
Author(s)
Miyoshi Y.、Hosokawa K.、Kurita S.、Oyama S.-I.、Ogawa Y.、Saito S.、Shinohara I.、Kero A.、Turunen E.、Verronen P. T.、Kasahara S.、Yokota S.、Mitani T.、Takashima T.、Higashio N.、Kasahara Y.、Matsuda S.、Tsuchiya F.、Kumamoto A.、Matsuoka A.、Hori T.、Keika K.、Shoji M.、Teramoto M.、Imajo S.、Jun C.、Nakamura S.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 11
Issue: 1
Pages: 13724-13724
DOI
NAID
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[Journal Article] ISEE_Wave: interactive plasma wave analysis tool2021
Author(s)
Shoya Matsuda,Yoshizumi Miyoshi,Satoko Nakamura,Masahiro Kitahara,Masafumi Shoji,Tomoaki Hori,Shun Imajo,Jun Chae-Woo,Satoshi Kurita,Yoshiya Kasahara,Ayako Matsuoka,Iku Shinohara
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Journal Title
Earth, Planets and Space
Volume: 73
Issue: 1
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A Concise Empirical Formula for the Field-Aligned Distribution of Auroral Kilometeric Radiation Based on Arase Satellite and Van Allen Probes2021
Author(s)
Sai Zhang,Si Liu,Wentao Li,Yihua He,Qiwu Yang,Fuliang Xiao,Atsushi Kumamoto,Yoshizumi Miyoshi,Yosuke Nakamura,Fuminori Tsuchiya,Yoshiya Kasahara,Iku Shinohara
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Journal Title
Geophysical Research Letters
Volume: 48
Issue: 8
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] The influence of EMIC (ElectroMagnetic Ion Cyclotron) wave-interaction on energetic protons in the magnetosphere using Arase observations2021
Author(s)
C.-W. Jun, Y. Miyoshi, S. Nakamura, S. Imajo, M. Shoji, C. Yue, J. Bortnik, L. Lyons, Y. Kasahara, Y. Kasaba, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, S. Matsuda, K. Asamura, I. Shinohara, A. Matsuoka
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[Presentation] Development of ISEE_Wave; Interactive Plasma Wave Analysis Tool2021
Author(s)
S. Matsuda, Y. Miyoshi, S. Nakamura, M. Kitahara, M. Shoji, T. Hori, S. Imajo, C.-W. Jun, S. Kurita, Y. Kasahara, A. Matsuoka, I. Shinohara
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Japan Geoscience Union (JpGU) 2021
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S. Matsuda, Y. Miyoshi, S. Nakamura, M. Kitahara, M. Shoji, To. Hori, S. Imajo, C.-W. Jun, S. Kurita, Y. Kasahara, A. Matsuoka, I. Shinohara
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Japan Geoscience Union (JpGU) 2021
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[Presentation] Phase velocities of electron cyclotron harmonic waves and their relation to energies of cold electrons: Arase observations2021
Author(s)
H. Kojima, A. Shinjo, S. Nakamura, S. Kurita, Y. Kasahara, Y. Kazama, H. Usui, Y. Miyoshi, S. Matsuda, S.-Y., Wang; S. W. Y., Tam
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General Assembly and Scientific Symposium (GASS) of the International Union of Radio Science (URSI-GA) 2021
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[Presentation] A statistical study of EMIC wave-particle interactions in the magnetosphere using Arase observations2021
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田 采祐, 三好 由純, 中村 紗都子, 小路 真史, 北原 理弘, 堀 智昭, 笠原 禎也, 笠羽 康正, 土屋 史紀, 熊本 篤志, 松田 昇也, 浅村 和史, 篠原 育, 松岡 彩子, 横田 勝一郎, 笠原 慧, 桂華 邦裕
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[Presentation] Multipoint Measurement of Fine-Structured EMIC Waves by Arase, Van Allen Probe A and Ground Stations2021
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松田 昇也, 三好 由純, 笠原 禎也, L. Blum, C. Colpitts, 浅村 和史, 笠羽 康正, 松岡 彩子, 土屋 史紀, 熊本 篤志, 中村 紗都子, 北原 理弘, 篠原 育, G. Reeves, H. Spence, 塩川 和夫, 長妻 努, 大山 伸一郎, I. R. Mann
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地球電磁気・地球惑星圏学会第150回総会および講演会
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F. Tsuchiya, A. Hirai, Y. Miyoshi, S. Kazuo, H. Ohya, Y. Kasahara, A. Kumamoto, M. G. Connors, T. Obara, H. Misawa, I. Shinohara
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American Geophysical Union Fall Meeting 2021
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C. W. Jun, Y. Miyoshi, S. Nakamura, M. Shoji, M. Kitahara, T. Hori, C. Yue, J. Bortnik, L. R. Lyons, Y. Kasahara, Y. Kasaba, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, S. Matsuda, K. Asamura, I. Shinohara, A. Matsuoka, S. Yokota, S. Kasahara, K. Keika
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