2023 Fiscal Year Final Research Report

Energetic electron precipitations and their impact to the middle atmosphere based on coordinated groundbased observations

Research Project

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Project/Area Number	20H01955
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Tsuchiya Fuminori 東北大学, 理学研究科, 教授 (10302077)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大矢浩代千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (00241943) 西山尚典国立極地研究所, 先端研究推進系, 助教 (00704876) 芳原容英電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (10303009) 三好由純名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (10377781) 田所裕康千葉経済大学, 経済学部, 准教授 (40582797) 水野亮名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (80212231)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	放射線帯 / 中間圏 / プラズマ波動
Outline of Final Research Achievements	Electrons in the radiation belts have attracted attention as a source of energetic particles affecting the middle atmosphere. However, the precipitation into the atmosphere and its effects on the middle atmosphere have not been elucidated. The objectives of this study were (1) to understand the physical processes that cause the precipitation of radiation belt electrons, and (2) to observe their effects on the middle atmosphere. We conducted low-frequency radio observations to detect the precipitation with other ground-based and satellite-based observations. We identified the electromagnetic ion cyclotron and whistler mode chorus waves that caused the electron precipitation and confirmed that ionization is occurring in the mesosphere. Millimeter-wave spectrometer observations at Showa Station confirmed a few 10s% ozone depletion in the mesosphere during the recovery phase of the magnetic storm that occurred in July 2022.
Free Research Field	惑星磁気圏物理学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	放射線帯に分布する電子が地球大気へ降下する現象は、放射線帯の重要な損失過程であると同時に、地球中層大気に化学的な影響を及ぼす。このことから、放射線帯電子の大気降下現象の解明は、宇宙空間物理学分野と大気化学分野の双方で重要な研究課題である。本研究により放射線帯電子の大気降を引き起こすプラズマ波動が実証的に特定されたことは、今後、双方の分野の研究の繋がりを更に強化するとともに、放射線帯と大気の両方を持つ木星や土星などの研究へ拡張されることが期待される。放射線帯電子の大気への降下は、低高度を周回する衛星への放射線障害を引き起こしうるため、本研究の成果は宇宙天気の観点からの意義が高い。