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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Study on oxygen ion energization in the near-Earth magnetotail using multi-spacecraft observations and particle tracing simulation

Research Project

Project/Area Number 20H01957
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

桂華 邦裕  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10719454)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 笠原 慧  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00550500)
横田 勝一郎  大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (40435798)
海老原 祐輔  京都大学, 生存圏研究所, 教授 (80342616)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords地球大気起源酸素イオン / イオン輸送、加速、加熱 / 磁場双極子化 / 磁気圏尾部ダイナミクス / 内部磁気圏 / リングカレント
Outline of Annual Research Achievements

爆発的な宇宙嵐が発生すると、地球大気から流出した酸素イオンがエネルギーを得て(加速や加熱を受けて)、磁気圏全体のダ イナミクスに大きく影響を与える。このプロセスには、大規模な磁気圏磁場構造の変化(磁場双極子化)が重要な役割を担っていると考えられているが、酸素のような重い粒子の描像は未解明な点が多い。本研究では、磁気圏尾部を中心に飛翔する複数衛星のデータ解析とグローバル磁気流体モデル内での粒子追跡計算を組み合わせることで、「磁場双極子化に伴う酸素イオンの選択的な高圧化」のメカニズムを明らかにする。また、主要イオン種である水素イオンと酸素イオンに加えて、異なる質量や電荷を持つイオンの振る舞いにも着目することで、「内部磁気圏酸素圧の増強に影響を与える磁場双極子化の時間空間スケールの定量的評価」にチャレンジする。

本年度は、MMS衛星データを用いた統計解析およびグローバル磁気流体モデル内の粒子追跡計算を実施した。昨年度の研究で「重イオンが非断熱加速を受けながら効率的に捕捉される輸送システム」の存在が示唆されたため、低エネルギーのイオンに着目してMMS衛星データを用いて統計解析を行った。高温プラズマと低温プラズマの特性を比較調査し、近尾部の低温プラズマは主に電離圏起源であることが示された。この成果はJournal of Geophysical Research Space Physicsに掲載された。一方、あらせ衛星で観測された高エネルギーイオンの振る舞いを理解するため、グローバル磁気流体モデル内でイオン軌道をバックトレーシングし、水素イオンと酸素イオンの振る舞いを比較調査した。1万を超える粒子をトレーシングすることで、典型的な輸送経路と加速場所のイオン種依存が示された。輸送プロセスや加速メカニズムに関する詳細解析を継続中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

「研究業績の概要」で述べたように、地球内部磁気圏に注入される低エネルギーイオンは地球起源プラズマが卓越していることが衛星観測から示された。また、高エネルギープラズマは水素と酸素イオンで輸送経路は加速プロセスが異なることが数値計算から示された。

Strategy for Future Research Activity

来年度は、上記のこれまでの成果を踏まえて上で、あらせ衛星を用いた統計解析と数値計算結果の詳細解析を実施し、内部磁気圏酸素圧の増強に重要な影響を与える物理メカニズムの解明を目指す。

  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 6 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] Southwest Research Institute/Aerospace Corporation/UCLA(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Southwest Research Institute/Aerospace Corporation/UCLA
  • [Journal Article] A low-energy particle experiment for both ion and electron measurements using a single microchannel plate-based detector2024

    • Author(s)
      Shoichiro Yokota, Yoshifumi Saito, Kazushi Asamura
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 76 Pages: 1-50

    • DOI

      10.1186/s40623-024-01997-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generation of Field-Aligned Currents During Substorm Expansion: An Update2023

    • Author(s)
      Yusuke Ebihara, Takashi Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research

      Volume: 128 Pages: 1-17

    • DOI

      10.1029/2022JA031011

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direct observations of energetic electron scattering and precipitation due to whistler-mode waves in the dayside high-density regions2023

    • Author(s)
      Sugo, S., Kasahara, S., Miyoshi, Y., Katoh, Y., Keika, K., Yokota, S., et al.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      Volume: 128 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1029/2022JA030992

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Global characteristics of cold protons around midnight in the magnetotail: Implication for efficient heating and origin2022

    • Author(s)
      Keika, K., Asami, R., Hoshino, M., and Fuselier, S. A.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research

      Volume: 127 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1029/2021JA029576

    • Peer Reviewed / 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 degradation2022

    • Author(s)
      Gabrielse, C., Lee, J. H., Claudepierre, S., Walker, D., OBrien, P., Roeder, J., et al.
    • Journal Title

      Space Weather

      Volume: 20 Pages: 1-21

    • DOI

      10.1029/2022SW003183

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Observation of source plasma and field variations of a substorm brightening aurora at L 竏シ 6 by a ground-based camera and the Arase satellite on 12 October 20172022

    • Author(s)
      Chen, L., Shiokawa, K., Miyoshi, Y., Oyama, S., Jun, C.-W., Ogawa, Y., et al.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      Volume: 127 Pages: 1-28

    • DOI

      10.1029/2021JA030072

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Analysis of electron precipitation and ionospheric density enhancements due to hiss using incoherent scatter radar and Arase observations2022

    • Author(s)
      Ma, Q., Xu, W., Sanchez, E. R., Marshall, R. A., Bortnik, J., Reyes, P. M., et al.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      Volume: 127 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1029/2022JA030545

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Signatures of auroral potential structure extending through the near-equatorial inner magnetosphere2022

    • Author(s)
      Imajo, S., Miyoshi, Y., Asamura, K., Shinohara, I., Nose, M., Shiokawa, K., et al.
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters

      Volume: 49 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1029/2022GL098105

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mesospheric ionization during substorm growth phase2022

    • Author(s)
      Murase, K., et al.
    • Journal Title

      Journal of Space Weather and Space Climate

      Volume: 12 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1051/swsc/2022012

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Statistical survey of Arase satellite data sets in conjunction with the Finnish riometer network2022

    • Author(s)
      Thomas, N., Kero, A., Miyoshi, Y., Shiokawa, K., Hyotyla, M., Raita, T., et al.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      Volume: 127 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1029/2022JA030271

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristics of oxygen ion supply and energization in the inner magnetosphere during magnetic storms: Arase observations2022

    • Author(s)
      K. Keika, K. Seki, S. Kasahara, S. Yokota, T. Hori, Y. Miyoshi, I. Shinohara, A. Matsuoka
    • Organizer
      Japan Geoscience Union (JpGU) Meeting 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Global Characteristics of Cold Protons Around Midnight in the Magnetotail: MMS/HPCA observations2022

    • Author(s)
      Keika, K., Asami, R., Hoshino, M., and Fuselier, S. A.
    • Organizer
      第152回 地球電磁気・地球惑星圏学会 総会および講演会
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Region 1型沿磁力線電流の生成領域2022

    • Author(s)
      海老原祐輔; 田中高史
    • Organizer
      Japan Geoscience Union (JpGU) Meeting 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-dimensional Closure of Field-aligned Currents in the Polar Ionosphere2022

    • Author(s)
      Yuto Yano; Yusuke Ebihara
    • Organizer
      Asia Oceania Geosciences Society (AOGS)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Generation mechanism of Region 1 field-aligned current2022

    • Author(s)
      Yusuke Ebihara
    • Organizer
      The 15the Asia-Pacific Physics Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Mutual coupling between magnetosphere and low-latitude ionosphere during magnetic storms and substorms2022

    • Author(s)
      Yusuke Ebihara
    • Organizer
      16th International Symposium on Equatorial Aeronomy (ISEA)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Generation mechanism of Region 1 field-aligned current2022

    • Author(s)
      Yusuke Ebihara; Takashi Tanaka
    • Organizer
      Association of Asia Pacific Physical Societies-Division of Plasma Physics (AAPPS-DPP)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Region 1 field-aligned current and energy transfer from solar wind to polar ionosphere2022

    • Author(s)
      海老原祐輔; 田中高史
    • Organizer
      第152回 地球電磁気・地球惑星圏学会 総会および講演会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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