オーロラ紫外スペクトルのオーロラ加速域情報から探る木星・土星電磁圏ダイナミクス

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K17769
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 垰 千尋 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 客員研究者 (80552562)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: オーロラ / 木星 / 土星 / 電子加速 / 磁気圏 / ひさき/EXCEED

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、オーロラ電子のエネルギー-フラックス関係を用い、外部(太陽風)・内部(自転)起因の木星電磁圏変動の起源と過程の調査に取り組んだ。
木星オーロラ発光を引き起こすオーロラ電子のエネルギーやフラックス値は、メタンによる水素の紫外吸収断面積が異なる波長帯の発光比を指標にして、オーロラ観測から見積もることができる。本研究では、JAXAの「ひさき」宇宙望遠鏡に搭載された観測器EXCEEDの波長範囲と特性に特化した、新しい発光比を定義し、オーロラ電子のエネルギーとフラックス、全流入エネルギー等を推定する手法を確立した。オーロラを空間分解する「ハッブル」宇宙望遠鏡データを用いた解析とも比較し、空間積算や異なる波長を参照する本手法の、妥当性と制約を評価した。
この手法を用い、「ひさき」宇宙望遠鏡によって観測された木星オーロラおよびオーロラ電子の時間変化の調査を行った。木星位置における太陽風変動として、モデル計算結果を参照した。太陽風動圧増大に伴う数日にわたる増光と、太陽風静穏時の自転周期(10時間)以下の短時間の増光が検出された。増光時のオーロラ電子エネルギーの変化は小さく、オーロラ発光強度変化は電子エネルギーよりも電子フラックスの変化が主要因であることが、本研究から明らかになった。
オーロラ加速理論をもとに、磁気圏粒子パラメータ（加速前のプラズマ密度・温度）の変動量を導出した。これらの観測結果を説明する、磁気圏ダイナミクスに伴う断熱的加熱効果、および、主要な発光を担うオーロラ位置の変化、のモデルを提唱した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

(1) 平成27年度の実施計画である木星オーロラの解析に加え、加速理論と組み合わせた特徴解釈まで進めることができた。この成果発表論文は、米国地球物理学会誌のエディターの推薦を受け、spotlightで紹介された。
(2) エネルギー-フラックス関係からのオーロラ領域の特定について、空間積算や利用波長の制約上難しいことが判明した。しかし、この制約の中、明らかな変動と特徴を抽出し、それらの理解と定量的評価を行うことができた。
(3) 2015年の観測では、衛星イオ火山活動増大に伴い、オーロラ発光およびオーロラ電子・磁気圏変動に特長的な変化がみられた。同手法を適用し、その解釈と評価も進めている。

Strategy for Future Research Activity

研究課題に大きな変更はない。平成28年度は、今年度の手法とも独立したエネルギー導出法および新たな観測データを用いるものであり、上記の制約は影響しない。

Causes of Carryover

平成27年度に購入を予定していた物品購入は急を要せず、適切に研究を遂行できたため。参加を検討していた国際学会を見送り、来年度分を拡充するため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成28年度の研究進捗状況により新規に必要となった物品購入および出張、論文成果発表費用に使用する予定である。データ解析の習得や研究相談、成果発表のための出張費用を多めに必要とする。

Research Products

• [Int'l Joint Research] IRAP/Universite de Toulouse/CNRS(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: IRAP/Universite de Toulouse/CNRS
• [Int'l Joint Research] Lancaster University/Leicester University(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Lancaster University/Leicester University
• [Journal Article] Variation of Jupiter's Aurora Observed by Hisaki/EXCEED: 2. Estimations of Auroral Parameters and Magnetospheric Dynamics (2016)
  • Author(s): Tao, C., T. Kimura, S. V. Badman, N. Andre, F. Tsuchiya, G. Murakami, K. Yoshioka, I. Yoshikawa, A. Yamazaki, and M. Fujimoto
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1002/2015JA021272
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Multi-scale and multi-instrument observations of Saturn's aurorae during the 2013 Observing Campaign (2016)
  • Author(s): Melin, H., S. V. Badman, T. S. Stallard, U. Dyudina, J. D. Nichols, W. R. Pryor, K. H. Baines, J. O'Donoghue, S. Miller, J. Gustin, A. Radioti, C. Tao, C. J. Meredith, and J. S. D. Blake
  • Journal Title: Icarus Volume: 263 Pages: 56-74
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2015.08.021
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Weakening of Jupiter's main auroral emission during January 2014 (2016)
  • Author(s): Badman, S. V., B. Bonfond, M. Fujimoto, R. L. Gray, Y. Kasaba, S. Kasahara, T. Kimura, H. Melin, J. D. Nichols, A. J. Steffl, C. Tao, F. Tsuchiya, A. Yamazaki, M. Yoneda, I. Yoshikawa, and K. Yoshioka
  • Journal Title: Geophys. Res. Lett. Volume: 43 Pages: 988-997
  • DOI: 10.1002/2015GL067366
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Jupiter's X-ray and EUV auroras monitored by Chandra, XMM-Newton, and Hisaki satellite (2016)
  • Author(s): Kimura, T., R. P. Kraft, R. F. Elsner, G. Branduardi-Raymont, G. R. Gladstone, C. Tao, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, M. F. Vogt, A. Masters, H. Hasegawa, S. V. Badman, E. Roediger, Y. Ezoe, W. R. Dunn, I. Yoshikawa, M. Fujimoto, and S. S. Murray
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 121 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1002/2015JA021893
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The far-ultraviolet main auroral emission at Jupiter? Part 1: Dawn-dusk brightness asymmetries (2015)
  • Author(s): Bonfond, B., J. Gustin, J.-C. Gerard, D. Grodent, A. Radioti, B. Palmaerts, S. V. Badman, K. K. Khurana, and C. Tao
  • Journal Title: Ann. Geophys. Volume: 33 Pages: 1203-1209
  • DOI: 10.5194/angeo-33-1203-2015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The far-ultraviolet main auroral emission at Jupiter? Part 2: Vertical emission profile (2015)
  • Author(s): Bonfond, B., J. Gustin, J.-C. Gerard, D. Grodent, A. Radioti, B. Palmaerts, S. V. Badman, K. K. Khurana, and C. Tao
  • Journal Title: Ann. Geophys. Volume: 33 Pages: 1211-1219
  • DOI: 10.5194/angeo-33-1211-2015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Model Comparisons: aurora electron precipitation model (& conductance) for Jupiter and Saturn (2016)
  • Author(s): Tao, C., M. Galand, and L. Moore
  • Organizer: ISSI (International Space Science Institute) team meeting
  • Place of Presentation: Bern (Switzerland)
  • Year and Date: 2016-01-04 – 2016-01-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 宇宙望遠鏡群による木星オーロラの多波長観測：極冠領域におけるX線発光 (2015)
  • Author(s): 木村 智樹, 垰 千尋, 吉岡 和夫, 村上 豪, 山崎 敦, 土屋 史紀, 江副 祐一郎
  • Organizer: 第138回地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 東京大学 (東京都文京区)
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-11-03
• [Presentation] ひさき衛星を用いた木星紫外オーロラの太陽風応答に関する研究 (2015)
  • Author(s): 北 元, 木村 智樹, 垰 千尋, 土屋 史紀, 吉川 一朗, 坂野井 健
  • Organizer: 第138回地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 東京大学 (東京都文京区)
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-11-03
• [Presentation] Remote observation of Jupiter’s magnetosphere by EXCEED on Hisaki spacecraft (2015)
  • Author(s): Yoshioka, K. G. Murakami T. Kimura, H. Tadokoro, C. Tao, M. Kagitani, F. Tsuchiya, A. Yamazaki, T. Sakanoi, Y. Kasaba, I. Yoshikawa, and M. Fjimoto
  • Organizer: EPSC (European Planetary Science Congress)
  • Place of Presentation: Nantes (France)
  • Year and Date: 2015-09-27 – 2015-10-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Dynamics of Jupiter's auroral acceleration investigated by multi-wavelength plasma remote sensing with space telescopes (2015)
  • Author(s): Kimura, T., S. Badman, C. Tao, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, B. Bertrand, R. Kraft, R. Elsner, G. Branduardi-Raymont, R. Gladstone, M. Fujimoto
  • Organizer: AOGS (Asia Oceania Geosciences Society) 12th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Singapore (Singapore)
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Variation of Jupiter's aurora observed by Hisaki/EXCEED --Auroral parameters and magnetospheric dynamics exploration-- (2015)
  • Author(s): Tao, C., T. Kimura, S. V. Badman, N. Andre, G. Murakami, K. Yoshioka, F. Tsuchiya, I. Yoshikawa, A. Yamazaki, D. Shiota, H. Tadokoro, M. Fujimoto
  • Organizer: The 2015 meeting of the Magnetospheres of the Outer Planets community
  • Place of Presentation: Atlanta (USA)
  • Year and Date: 2015-06-01 – 2015-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-wavelength observations of Jupiter's aurora with Hisaki and other space telescopes (2015)
  • Author(s): Kimura, T., S. Badman, C. Tao, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, B. Bonfond, A. Steffl, J. Clarke, R. Kraft, R. Elsner, G. Branduardi-Raymont, R. Gladstone, Y. Ezoe, M. Fujimoto, I. Yoshikawa, and Hisaki Science team
  • Organizer: The 2015 meeting of the Magnetospheres of the Outer Planets community
  • Place of Presentation: Atlanta (USA)
  • Year and Date: 2015-06-01 – 2015-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Overview of Hisaki (EXCEED) observations (2015)
  • Author(s): Yoshikawa, I., K. Yoshioka, G. Murakami, T. Kimura, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, N. Terada, K. Masunaga, C. Tao, M. Kuwabara, and Y. Nara
  • Organizer: The 2015 meeting of the Magnetospheres of the Outer Planets community
  • Place of Presentation: Atlanta (USA)
  • Year and Date: 2015-06-01 – 2015-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-platform observations of Saturn's aurorae during the 2013 observing campaign (2015)
  • Author(s): Melin, H., S. V. Badman, T. S. Stallard, S. W. H. Cowley, U. Dyudina, J. D. Nichols, G. Provan, J. O'Donoghue, W. R. Pryor, K. H. Baines, S. Miller, J. Gustin, A. Radioti, C. Tao, C. J. Meredith, J. S. D. Blake, and R. E. Johnson
  • Organizer: The 2015 meeting of the Magnetospheres of the Outer Planets community, Atlanta
  • Place of Presentation: Atlanta (USA)
  • Year and Date: 2015-06-01 – 2015-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-situ & remote sensing studies of outer planet aurora (2015)
  • Author(s): Badman, S. V., K. H. Baines, B. Bonfond, E. J. Bunce, J. T. Clarke, F. Crary, D. Grodent, T. Kimura, J. Kinrade, H. Melin, D. G. Mitchell, J. D. Nichols, G. Provan, W. R. Pryor, A. Radioti, and C. Tao
  • Organizer: The 2015 meeting of the Magnetospheres of the Outer Planets community
  • Place of Presentation: Atlanta (USA)
  • Year and Date: 2015-06-01 – 2015-06-05
  • Int'l Joint Research / Invited