地球放射線帯における超相対論的電子の生成過程の解明

• Project/Area Number: 22K03699
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 栗田 怜 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (90785495)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 放射線帯 / 高エネルギー電子 / プラズマ波動 / あらせ衛星 / 地球磁気圏 / Van Allen Probes / コーラス

Outline of Research at the Start

地球周辺の宇宙環境には、放射線帯と呼ばれる非常に高いエネルギーをもつ電子が存在する領域があり、地磁気擾乱に応じてその電子数は大きく増加することがある。1MeV程度のエネルギーをもつ電子とは異なり、数MeV以上のエネルギーを持つ超相対論的電子は特定の地磁気擾乱時のみ、出現することが知られているが、そのメカニズムは未解明である。本研究では、放射線帯において超相対論的電子が生成される過程を明らかにすることを目指し、現在、放射線帯生成メカニズムとして有力視されている「内部生成説」により統一的に説明が可能か、定量的に検証する。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、米国のVan Allen Probes衛星と我が国のあらせ衛星によって取得された10年弱にわたる放射線帯電子の計測データを用いて、超相対論的電子が生成される場合とされない場合の地磁気擾乱イベントの抽出を行い、相対論電子・準相対論電子の振る舞いに関して調査を行った。超相対論的電子が生成される地磁気擾乱イベントを複数例特定することができ、また、超相対論的電子が生成されないイベントに関しても複数例特定した。これらイベント時における3つの粒子群の振る舞いに関して、エネルギースペクトルの観点からの解析をおこなった。その結果、エネルギースペクトルの形状がイベントごとに変化に富んでいることと、エネルギースペクトルのみの情報では、内部加速・外部供給の切り分けが難しいことが明確となり、位相空間密度を用いた解析が必要であることが明らかになった。この点を解決するために、位相空間密度導出のための計算コード開発と妥当性の確認を行い、先行研究で報告のある事例に関して一致する結果が得られた。次年度は、位相空間密度を用いて超相対論的電子が生成されるイベント・されないイベントに関する解析を行い、相対論電子・準相対論電子との関係性をより明確にする。上記の解析と並行して、プラズマ波動を用いて背景電子密度を推定する新しい手法の開発とその妥当性に関する検証を行った。その結果、新しい手法において背景電子密度を十分な精度で推定することが可能であることがわかり、次年度に実施予定の研究課題の一部を完了することができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度予定していた超相対論的電子生成イベント時のフラックス変化に関する研究内容を一部完了することができなかったが、次年度に予定していたプラズマ波動を用いた密度推定の研究内容を一部完了することができ、全体としては順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

位相空間密度を用いたデータ解析を進め、超相対論的電子生成イベント時におけるエネルギー階層間結合の関係を明らかにする。また、プラズマ波動を用いた密度推定手法を駆使してイベント中における背景電子密度を明らかにし、電子加速を引き起こすプラズマ波動の情報をまとめることで、数値実験を行うための準備を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The Aerospace Corporation/LANL/JHU/APL(米国)
• [Journal Article] Collaborative Research Activities of the Arase and Van Allen Probes (2022)
  • Author(s): Miyoshi Y.、Shinohara I.、Ukhorskiy S.、Claudepierre S. G.、Mitani T.、Takashima T.、Hori T.、Santolik O.、Kolmasova I.、Matsuda S.、Kasahara Y.、Teramoto M.、Katoh Y.、Hikishima M.、Kojima H.、Kurita S.、Imajo S.、Higashio N.、Kasahara S.、Yokota S.、Asamura K.、Kazama Y.、Wang S.-Y.、Jun C.-W.、Kasaba Y.、et al.
  • Journal Title: Space Science Reviews Volume: 218 Issue: 5 Pages: 38-38
  • DOI: 10.1007/s11214-022-00885-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Radiation Belt Daily Average Electron Flux Model (RB‐Daily‐E) From the Seven‐Year Van Allen Probes Mission and Its Application to Interpret GPS On‐Orbit Solar Array Degradation (2022)
  • Author(s): Gabrielse Christine, et al.
  • Journal Title: Space Weather Volume: 20 Issue: 11
  • DOI: 10.1029/2022sw003183
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] あらせ衛星の観測による放射線帯、プラズマ圏の長期変動 (2022)
  • Author(s): 三好 由純,栗田 怜,片岡 龍峰,齊藤 慎司,今城 峻,堀 智昭,中村 紗都子,田 采祐,寺本 万里子,三谷 烈史,篠原 育,高島 健,東尾 奈々,笠原 慧,横田 勝一郎,桂華 邦裕,浅村 和史,松岡 彩子,土屋 史紀,熊本 篤志,北原 理弘,松田 昇也,笠原 禎也,風間 洋一,Wang S.-Y.,Tam SunnyW.Y.
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会
• [Presentation] High temporal variation inelectron fluxes during flux burst events observed by the Arase satellite (2022)
  • Author(s): 栗田 怜,三好 由純,齊藤 慎司,加藤 雄人,松田 昇也,笠原 慧,横田 勝一郎,笠原 禎也,松岡 彩子,篠原 育
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会
• [Presentation] High temporal variation in electron fluxes during the flux burst event:Test particle simulation (2022)
  • Author(s): 齊藤 慎司,栗田 怜,三好 由純,加藤 雄人,松田 昇也
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会
• [Presentation] あらせ衛星で観測されるコーラスに関連した静電波の出現特性 (2022)
  • Author(s): 江田 大輝,栗田 怜,吉田 永遠,小嶋 浩嗣,笠原 禎也,松田 昇也,松岡 彩子,中村 紗都子,三好 由純,篠原 育
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会
• [Presentation] Arase衛星を用いた高緯度・プラズマポーズ近傍におけるホイッスラーモードコーラスのダクト伝搬の事例解析 (2022)
  • Author(s): 安福 友梨,土屋 史紀,栗田 怜,笠羽 康正,加藤 雄人,吹澤 瑞貴,三好 由純,篠原 育,笠原 禎也,松田 昇也,熊本 篤志,松岡 彩子,中村 紗都子,北原 理弘
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会
• [Presentation] Banded chorus and no-gap chorus: What makes the difference? (2022)
  • Author(s): 風間 洋一,栗田 怜,三好 由純,加藤 雄人,小嶋 浩嗣,笠原 禎也,田 采祐,堀 智昭,Wang B.-J.,Wang S.-Y.,Tam SunnyW.Y.,Chang T.F.,浅村 和史,松田 昇也,土屋 史紀,熊本 篤志,中村 紗都子,松岡 彩子,寺本 万里子,高島 健,篠原 育
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会
• [Presentation] インターフェロメトリ観測に基づくECH波動の分散関係と背景電子温度の推定 (2022)
  • Author(s): 滝 朋恵,栗田 怜,新城 藍里,中村 紗都子,小嶋 浩嗣,笠原 禎也,松田 昇也,松岡 彩子,三好 由純,篠原 育
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会
• [Presentation] あらせ衛星で観測されたコーラス波動に伴う電子フラックス変動現象の統計解析 (2022)
  • Author(s): 德田 晴哉,頭師 孝拓,栗田 怜,小嶋 浩嗣,笠原 慧,横田 勝一郎,笠原 禎也,松田 昇也,中村 紗都子,熊本 篤志,土屋 史紀,松岡 彩子,三好 由純,篠原 育
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会
• [Presentation] あらせ衛星観測に基づく地球内部磁気圏におけるVLF帯人工電波の伝搬経路の可視化 (2022)
  • Author(s): 野田 周英,栗田 怜,小嶋 浩嗣,笠原 禎也,熊本 篤志,土屋 史紀,三好 由純,篠原 育,中村 紗都子,北原 理弘
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会
• [Presentation] Variations of the relativistic electrons of the outer belt and plasmasphere during the solar declining and minimum phase: Arase observations (2022)
  • Author(s): 三好 由純、栗田 怜、片岡 龍峰、今城 峻、堀 智昭、中村 紗都子、寺本 万里子、三谷 烈史、篠原 育、浅村 和史、高島 健、東尾 奈々、土屋 史紀、熊本 篤志、松田 昇也、笠原 禎也、松岡 彩子
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Comparative study on chorus waves in March 2017 storm between the RAM-SCB/electron hybrid simulations, the Arase observations and the ground-based observations (2022)
  • Author(s): 三好 由純、Jordanova Vania、加藤 雄人、齊藤 慎司、栗田 怜、松田 昇也、笠原 禎也、土屋 史紀、熊本 篤志、中村 紗都子、笠原 慧、横田 勝一郎、堀 智昭、桂華 邦裕、風間 洋一、Wang S-Y、Jun Chae-Woo、三谷 烈史、高島 健、東尾 奈々、松岡 彩子、塩川 和夫
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Duct propagation of Whistler mode chorus near the high latitude plasmapause observed by Arase satellite (2022)
  • Author(s): 安福 友梨、土屋 史紀、笠羽 康正、栗田 怜、加藤 雄人、吹澤 瑞貴、三好 由純、篠原 育、笠原 禎也、松田 昇也、熊本 篤志、松岡 彩子
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of high temporal variation in electron fluxes during the flux burst event observed by the Arase satellite (2022)
  • Author(s): 栗田 怜,三好 由純,齊藤 慎司,加藤 雄人,松田 昇也,笠原 慧,横田 勝一郎,笠原 禎也,松岡 彩子,篠原 育
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Variations of the Relativistic Electrons of the Outer Belt and Plasmasphere During the Solar Declining and Minimum Phase: Arase Observations (2022)
  • Author(s): Y. Miyoshi, S. Kurita, R. Kataoka, S. Imajo, T. Hori, S. Nakamura, M. Teramoto, T. Mitani, I. Shinohara, T. Takashima, N. Higashio, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, S. Matsuda, Y. Kasahara, and A. Matsuoka
  • Organizer: Asia Oceania Geoscience Society 19th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relativistic electron precipitations by chorus waves and its impacts on the middle atmosphere: Conjugate observations by the Arase satellite and EISCAT radar (2022)
  • Author(s): Y. Miyoshi, S. Kurita, R. Kataoka, S. Imajo, T. Hori, S. Nakamura, M. Teramoto, T. Mitani, I. Shinohara, T. Takashima, N. Higashio, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, S. Matsuda, Y. Kasahara, and A. Matsuoka
  • Organizer: American Geoscience Union Fall Meeting 2022
  • Int'l Joint Research