Study of energy and material transportations in the Jovian magnetosphere based on the database of US and Japanese satellites

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H02965
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉川 一朗 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (10311169)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 外惑星磁気圏 / イオプラズマトーラス / 極端紫外光 / プラズマ / ひさき / 小型衛星 / ＥＵＶ / 木星

Outline of Annual Research Achievements

木星は共回転が支配する内部磁気圏を形成している。MHDの概念を適用すると、内部磁気圏の中で動径方向にプラズマを輸送する事は極めて困難である。木星には多数の衛星があり、特にイオには活発な火山活動があり、噴出した火山ガスが電離して共回転磁場に捕捉され、トーラス状の濃いプラズマ領域（IPT）を形成している。これまでの観測結果から、IPTは内部磁気圏の主要なプラズマ源となっている事が示唆されており、また、IPTが放射する極端紫外光のエネルギー源は解明されておらず、長年議論されてきた。ひさき衛星によるオーロラとIPTの同時観測の解析から、オーロラの突然増光が発生した後、10－13時間程度の時間差でIPTが増光している事を明らかにした。自転効果が支配的な木星磁気圏であっても、オーロラの変動を引き起こす赤道面内の領域（30－40 RJ離れた領域）から短い時間でIPTにエネルギーが注入されている事を明らかにした。
イオの火山噴火と磁気圏に及ぼす影響について明らかにした。火山ガスの電離によるIPTのプラズマ密度の増加、IPTから内部磁気圏の外へのプラズマ輸送、オーロラの活発化、そして、内部磁気圏へのエネルギー注入の増大に至る一連の動きを明らかにした。IPTのプラズマ密度の増加からオーロラの活発化まで約20日間を要し、内部磁気圏から外側領域へのプラズマ輸送が拡散的なダイナミクスに支配されている事を示した。共回転が支配する磁気圏の内側にエネルギーや物質を外から注入することは不可能であると考えられていたが、本研究申請チームはプラズマの動径分布の導出や突発的に起こるIPTとオーロラの順次活発化の発見から、IPTの放射エネルギーの一部は内部磁気圏の外から拡散的に運ばれてきたエネルギー（高温電子）であるという証拠をつかみ、長年の問題に終止符を打った。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASA/サウスウェスト研究所(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NASA/サウスウェスト研究所
• [Int'l Joint Research] International Space Institute(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: International Space Institute
• [Int'l Joint Research] ベルギー大学(ベルギー)
  • Country Name: BELGIUM
  • Counterpart Institution: ベルギー大学
• [Int'l Joint Research] CNRS LATMOS(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: CNRS LATMOS
• [Int'l Joint Research] Lancaster University(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Lancaster University
• [Journal Article] Spatially Asymmetric Increase in Hot Electron Fraction in the Io Plasma Torus During Volcanically Active Period Revealed by Observations by Hisaki/EXCEED From November 2014 to May 2015 (2020)
  • Author(s): Hikida R.、Yoshioka K.、Tsuchiya F.、Kagitani M.、Kimura T.、Bagenal F.、Schneider N.、Murakami G.、Yamazaki A.、Kita H.、Nerney E.、Yoshikawa I.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 125 Pages: 333-336
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2019JA027100
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Jovian UV Aurora's Response to the Solar Wind: Hisaki EXCEED and Juno Observations (2019)
  • Author(s): Kita H.、Kimura T.、Tao C.、Tsuchiya F.、Murakami G.、Yamazaki A.、Yoshioka K.、Ebert R.W.、Wilson R.J.、Allegrini F.、Clark G.、Connerney J. E. P.、Gladstone G. R.、Yoshikawa I.、Fujimoto M.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 124 Pages: 10209～10218
  • DOI: 10.1029/2019JA026997
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transient Change of Io's Neutral Oxygen Cloud and Plasma Torus Observed by Hisaki (2019)
  • Author(s): Koga Ryoichi、Tsuchiya Fuminori、Kagitani Masato、Sakanoi Takeshi、Yoshioka Kazuo、Yoshikawa Ichiro、Kimura Tomoki、Murakami Go、Yamazaki Atsushi、Smith H. Todd、Bagenal Fran
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 124 Pages: 10318～10331
  • DOI: 10.1029/2019JA026877
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Short-term Variation in the Dawn?Dusk Asymmetry of the Jovian Radiation Belt Obtained from GMRT and Hisaki EXCEED Observations (2019)
  • Author(s): Kita H.、Misawa H.、Bhardwaj A.、Tsuchiya F.、Murakami G.、Tao C.、Kimura T.、Yoshioka K.、Yamazaki A.、Kasaba Y.、Yoshikawa I.、Fujimoto M.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 872 Pages: L24～L24
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab0427
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of ground pipeline system for high-level scientific data products of the Hisaki satellite mission and its application to planetary space weather (2019)
  • Author(s): Kimura Tomoki、Yamazaki Atsushi、Yoshioka Kazuo、Murakami Go、Tsuchiya Fuminori、Kita Hajime、Tao Chihiro、Yoshikawa Ichiro、Kumamoto Atsushi、Yamauchi Chisato
  • Journal Title: Journal of Space Weather and Space Climate Volume: 9 Pages: A8～A8
  • DOI: 10.1051/swsc/2019005
• [Presentation] Identifying the energy supply process for the Io plasma torus during the sudden brightening events. (2019)
  • Author(s): S.Nishimura, F.Suzuki, K.Yoshioka, R.Hikida, G.Murakami, F.Tsuchiya, T.Kimura, and I.Yoshikawa
  • Organizer: MOP conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Revealing the energy source for the IPT by measuring the duration of the sudden IPT brightenings (2019)
  • Author(s): S.Nishimura, F.Suzuki, K.Yoshioka, R.Hikida, G.Murakami, F.Tsuchiya, T.Kimura, and I.Yoshikawa
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The radial transport of plasmas around Jupiter’s inner magnetosphere with response to Io’s volcanic activity (2019)
  • Author(s): Yoshioka, K., F. Tsuchiya, M. Kagitani, T. Kimura, G. Murakami, D. Fukuyama, R. Hikida, F. Suzuki, A. Yamazaki, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto
  • Organizer: AGU Fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The influence of Io’s volcanic activity in 2015 on Jupiter’s magnetospheric dynamics (2019)
  • Author(s): ：Yoshioka, K., F. Tsuchiya, M. Kagitani, T. Kimura, G. Murakami, D. Fukuyama, R. Hikida, F. Suzuki, A. Yamazaki, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto
  • Organizer: MOP conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study on the dawn-dusk asymmetry of Jupiter's radiation belt using radio interferometer and Hisaki (2019)
  • Author(s): Kita, Hajime; Misawa, Hiroaki; Bhardwaj, Anil; Tsuchiya, Fuminori; Murakami, Go; Tao, Chihiro; Kimura, Tomoki; Yoshioka, Kazuo; Yamazaki, Atsushi; Yoshikawa, Ichiro; Fujimoto, Masaki
  • Organizer: EPSC-DPS Joint Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] The influence of Io on Jupiter's Magnetosphere
  • URL: https://www.issibern.ch/teams/iojupitermagnet/