電子ハイブリッド・MHD連成計算機実験による惑星放射線帯電子加速過程の研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03730
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 加藤 雄人 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60378982)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 深沢 圭一郎 京都大学, 学術情報メディアセンター, 准教授 (50377868)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 宇宙プラズマ・プラズマ波動 / 地球惑星磁気圏 / 太陽地球システム・宇宙天気 / オーロラ・磁気嵐

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、惑星磁気圏に普遍的な相対論的電子加速モデルを構築することを目的として、加速過程を担うホイッスラーモード・コーラス放射の発生過程を電子ハイブリッド・MHD連成計算により再現し、コーラス放射の波動特性と電子加速効率を究明する。
平成27年度はまず、コーラス放射発生過程に関する電子ハイブリッドシミュレーションを、特に初期条件として与える高エネルギー電子の速度分布と、発生するコーラス放射との関連に着目して実施した。得られた計算結果をもとに、コーラス放射の特徴と計算の初期条件とに関するデータベースを作成した。また、木星磁気圏の磁場構造とプラズマ環境の変動幅について考察するために、様々な太陽風条件下でのMHDシミュレーションを実施した。コーラス放射の発生領域に対応する木星半径の10倍から20倍の領域に着目して、連成計算で用いる初期条件と、必要な計算資源量について整理した。以上の研究活動によって得られた成果は、国内外での学会・研究会で発表した。研究経費はデータ解析環境の整備とデータベース作成補助のための謝金、関連する最新の研究成果の情報収集ならびに成果発表旅費として使用した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

H27年度の研究計画として挙げた、電子ハイブリッドコードによるコーラス放射発生過程に関するサーベイ計算と、MHDコードを用いた木星磁気圏の磁場構造・プラズマ環境の時間・空間変動については順調に実施できており、相対論的電子加速モデルで用いられるデータベース構築も予定通り進められている。

Strategy for Future Research Activity

当初の研究計画に従って、H28年度は引き続きサーベイ計算を実施すると共に、電子ハイブリッド・MHDコードによる連成計算機実験を実施する。大規模計算機実験の実施の為に、十分な計算機資源の確保が必要であり、そのための計算機共同利用申請を既に済ませている。また、得られた計算結果と、地球ならびに木星磁気圏でのプラズマ波動・高エネルギー粒子観測結果との比較を進める。観測結果の解析研究を進めるために、研究協力者との共同研究や、関連する研究プロジェクトとの連携を積極的に進めている。

Research Products

• [Journal Article] A direct link between chorus emissions and pulsating aurora on timescales from milliseconds to minutes: A case study at subauroral latitudes (2016)
  • Author(s): Ozaki, M., S. Yagitani, K. Sawai, K. Shiokawa, Y. Miyoshi, R. Kataoka, A. Ieda, Y. Ebihara, M. Connors, I. Schofield, Y. Katoh, Y. Otsuka, N. Sunagawa, and V. K. Jordanova
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 120 Pages: 9617-9631
  • DOI: 10.1002/2015JA021381
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The role of deviation of magnetic field direction on the beaming angle: Extending of beaming angle theory (2016)
  • Author(s): Kalaee, M. J. and Y. Katoh
  • Journal Title: J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. Volume: 142 Pages: 35-42
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2016.02.021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Relation between fine structure of energy spectra for pulsating aurora electrons and frequency spectra of whistler mode chorus waves (2015)
  • Author(s): Miyoshi, Y., S. Saito, K. Seki, T. Nishiyama, R. Kataoka, K. Asamura, Y. Katoh, Y. Ebihara, T. Sakanoi, M. Hirahara, S. Oyama, S. Kurita, and O. Santolik
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 120 Pages: 7728-7736
  • DOI: 10.1002/ 2015JA021562
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Database development of global Jovian magnetospheric simulation (2016)
  • Author(s): Fukazawa, K., T. Kimura, F. Tsuchiya, G. Murakami, H. Kita and C. Tao
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2016
  • Place of Presentation: 青葉記念会館（仙台市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-24
• [Presentation] Dependencies of the Generation Process of Whistler-Mode Emissions on the Kinetic Energy of Anisotropic Electrons in the Earth's Inner Magnetosphere (2015)
  • Author(s): Katoh, Y., Y. Omura, Y. Miyake, H. Usui, and H. Nakashima
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2015-12-14 – 2015-12-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of whistler-mode chorus in the Jovian magnetosphere by electron hybrid and MHD simulations (2015)
  • Author(s): Katoh, Y. and K. Fukazawa
  • Organizer: 第138回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • Place of Presentation: 東京大学・本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-11-03
• [Presentation] Dependence of the Vorticity in Kronian Magnetosphere on the IMF (2015)
  • Author(s): 深沢圭一郎、R. J. Walker
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第138回総会及び講 演会
  • Place of Presentation: 東京大学・本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-11-03
• [Presentation] Simulation study of dependencies of the generation process of whistler-mode chorus and hiss-like emissions on temperature anisotropy of energetic electrons (2015)
  • Author(s): Katoh, Y., Y. Omura, Y. Miyake, H. Usui, and H. Nakashima
  • Organizer: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 12th Annual General Meeting
  • Place of Presentation: Singapore（シンガポール）
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Simulation study of the propagation of whistler-mode chorus emissions and the pitch angle scattering of energetic electrons in the Earth's inner magnetosphere (2015)
  • Author(s): Katoh, Y.
  • Organizer: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 12th Annual General Meeting
  • Place of Presentation: Singapore（シンガポール）
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electron-hybrid simulations of the generation process of whistler-mode emissions (2015)
  • Author(s): Katoh, Y., Y. Omura, Y. Miyake, H. Usui, and H. Nakashima
  • Organizer: 12th International School/Symposium for Space Simulations
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2015-07-03 – 2015-07-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 惑星磁気圏超並列高効率MHD シミュレーションの開発 (2015)
  • Author(s): 深沢圭一郎
  • Organizer: 名古屋大 学HPC計算科学連携研究プロジェクトシンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学・東山キャンパス（名古屋市）
  • Year and Date: 2015-06-03 – 2015-06-03