2021 Fiscal Year Research-status Report
天体放出物質の質量分析による地球型惑星・衛星系に偏在する物質輸送の観測的研究
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20K04039
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
横田 勝一郎 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (40435798)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Keywords | 質量分析 / 地球型惑星 / 衛星 / 物質輸送 / 大気散逸 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、地球や月の周回探査機による質量分析データを利用して各天体に対して放出及び供給される物質を網羅的に査定し、地球・月系に起きている物質輸送を定量的に評価を行うことである。加えて、その成果を物理機構の解明やモデル化を行うことを発展的な目標とする。令和2年度から3年度にかけて、ジオスペース探査機「あらせ」の観測データから地球から散逸する成分に着目し、主要な酸素イオンに加えて窒素イオンや分子イオンを定量的に同定する手法を開発した。窒素イオンや分子イオンは供給源となる地球電離圏の領域を示す情報となるため、散逸機構解明に繋がる可能性を現在も探索している。研究の進展と共に観測データから窒素イオンや分子イオンを抽出するツールを整備した。 月探査衛星「かぐや」の観測データを利用して、天体からの放出されるイオンのうち難揮発性元素の放出量の分布を調査し、天体物質が始原的か進化を受けたかを区別できることを示した。この結果を、開発中の火星衛星探査計画(MMX)用質量分析器の科学目標に関する論文の一部として利用した。運航中の水星探査機BepiColombo用質量分析器の観測計画にも反映させていて、スイングバイ観測で得たデータの解釈に利用している。 以上の成果は筆頭著者として一つの誌上発表と幾つかの学会発表、ひとつの修士論文となった。幾つかの投稿中の論文に加えて新たに1つの論文を準備中である。 本年度は観測データのサーベイ解析の高精度化や、数値モデルを利用した較正データの再構築を行い、イベント数や定量性を高めることで物理過程の検証を強化する。同時に希少なイオン種の同定において統計的な確かさを高める予定である。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時の計画では、ジオスペース探査機「あらせ」と月探査衛星「かぐや」の観測データを利用して、課題1)地球から流出するN+の統計的解析、2)地球から流出するその他重イオンの探索、3)月から流出する揮発性イオンC+, N+, H2O+の評価、4)月から流出するSi+と金属イオンの評価、5)月に到来する地球起源イオンの探索についてそれぞれ並行して段階的に取り組む予定であった。 課題1)、3)、4)についてはそれぞれ解析ツールを整備し、幾つかのイベントについて精力的に調査を行っている。課題1)ではN+/O+比が地球磁気圏静穏時は緩やかな探査機位置依存(磁力線が接続する緯度の電離圏での存在比を反映する)を示し、磁気嵐が起きると突如減少する(低高度の電離圏での存在比を反映する)ことを複数の磁気嵐イベントの解析から示した。 課題3)及び4)では、C+やMg+/Si+、Fe+/Si+の放出量について全球MAPを作成するに至った。この結果から、天体起源のイオンを観測することでその天体が始原的であるか進化を受けたかの区別ができることを示した。現在はその成果を投稿論文として準備中である。 課題2)と5)は発見自体が成果となるオプショナルな課題である。初年度に整備したデータ解析環境を使って観測データを全期間のサーベイを行ったが顕著な観測例は見つからなかった。よって期間は限られるがより詳細なサーベイに切り替えてイベント探索を継続する。 コロナ禍により研究発表や打ち合わせは大きく制約を受けたが、WEB会議システムの利用により研究自体は大きな影響を受けなかった。一方で本研究成果を反映させる火星衛星探査計画(MMX)用質量分析器や水星探査機BepiColombo用質量分析器の関連作業については、移動や設備利用が制限されるために申請時の予定と比べて若干の遅れが生じている。
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Strategy for Future Research Activity |
本研究の初年度にて、ジオスペース探査機「あらせ」と月探査衛星「かぐや」の観測データ解析に必要なツールや解析環境は整備を終えて、各研究テーマに関してデータ解析をスムーズに進めている状況である。現在は長期間の観測データに対して、自動的にサーベイ処理を行っていて、イベント検出などにおいて精度の向上を求めている。課題1)では本研究によって可能となったN+/O+比の30分分解能観測により、ジオスペースでのN+/O+比の地域依存性や磁気圏活動度依存性を得ることが出来たので、背景にある物理機構について検討を続ける。課題3)及び4)ではより存在比の小さなイオン種について僅かながら検出はされているため、観測精度の確かさを議論し、TRIMなどの数値モデルを利用した較正データの再構築や、模擬試料にイオンビーム照射する実験などから観測結果を再評価する。オプショナルである課題2)と5)についてもサーベイ解析の高精度化においてイベント検出の有無を検証する。対面化の会合が今後緩和されることを期待し、共同研究者との研究打ち合わせを活性化させ、申請時の研究計画に留まらず発展的な研究テーマの構築についても取り組む予定である。
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Causes of Carryover |
コロナ禍により、学会発表及び研究打ち合わせが全てWEB会議システムの形態となり、全体を通して旅費の使用が削減された。一方で移動制限は2020年度より緩和されたため、少人数での試験作業などは実施できたので、その分の旅費を使用した。 2021年度内の使用が求められる別予算でも旅費分を使用しなかったため、本研究で支弁予定であったIDLライセンス継続やPC関連物品を購入した。論文出版も他の予算にて賄うことができた。以上より、2021年度も繰り越しが可能な本研究経費の支出を圧縮することができた。 2022年度は1~2名の学生が新たに本研究に参加する見込みのため、PCなどのデータ解析環境の増強に本研究経費を使用する予定である。また、今年度は対面による学会開催が見込まれるため、複数人の参加旅費の使用を見積もっている。観測データの解析から得られた知見を検証するための室内実験や、本研究成果の展開のため将来観測計画に関する会合の開催を積極的に実施することも計画している。
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[Journal Article] The Mars system revealed by the Martian Moons eXploration mission2022
Author(s)
K. Ogohara, H. Nakagawa, S. Aoki, T. Kouyama, T. Usui, N. Terada, T. Imamura, F. Montmessin, D. Brain, A. Doressoundiram, T. Gautier, T. Hara, Y. Harada, H. Ikeda, M. Koike, F. Leblanc, R. Ramirez, E. Sawyer, K. Seki, A. Spiga, A. C. Vandaele, S. Yokota, A. Barucci, S. Kameda
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Journal Title
Earth, Planets and Space
Volume: 74
Pages: 1
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Science operation plan of Phobos and Deimos from the MMX spacecraft2021
Author(s)
T. Nakamura, H. Ikeda, T. Kouyama, H. Nakagawa, H. Kusano, H. Senshu, S. Kameda, K. Matsumoto, F. Gonzalez-Franquesa, N. Ozaki, Y. Takeo, N. Baresi, Y. Oki, D. J. Lawrence, N. L. Chabot, P. N. Peplowski, M. A. Barucci, E. Sawyer, S. Yokota, et al.
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Journal Title
Earth, Planets and Space
Volume: 73
Pages: 227
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Comparative Study of Electric Currents and Energetic Particle Fluxes in a Solar Flare and Earth Magnetospheric Substorm2021
Author(s)
A. Artemyev, I. Zimovets, I. Sharykin, Y. Nishimura, C. Downs, J. Weygand, R. Fiori, X.-J. Zhang, A. Runov, M. Velli, V. Angelopoulos, O. Panasenco, C. Russell, Y. Miyoshi, S. Kasahara, A. Matsuoka, S. Yokota, K. Keika, T. Hori, Y. Kazama, S.-Y. Wang, I. Shinohara, Y. Ogawa
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 923
Pages: 151~151
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Study of an Equatorward Detachment of Auroral Arc From the Oval Using Ground‐Space Observations and the BATS‐R‐US-CIMI Model2021
Author(s)
S. Yadav, K. Shiokawa, S. Oyama, Y. Inaba, N. Takahashi, K. Seki, K. Keika, T.-F. Chang, S. W. Y. Tam, B.-J. Wang, Y. Kazama, S.-Y. Wang, K. Asamura, S. Kasahara, S. Yokota, T. Hori, Y. Kasaba, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, M. Shoji, Y. Kasahara, A. Matsuoka, S. Matsuda, C-W Jun, S. Imajo, Y. Miyoshi, I. Shinohara
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 126
Pages: e2020JA029080
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Penetration of MeV electrons into the mesosphere accompanying pulsating aurorae2021
Author(s)
Miyoshi Y.、Hosokawa K.、Kurita S.、Oyama S.-I.、Ogawa Y.、Saito S.、Shinohara I.、Kero A.、Turunen E.、Verronen P. T.、Kasahara S.、Yokota S.、Mitani T.、Takashima T.、Higashio N.、Kasahara Y.、Matsuda S.、Tsuchiya F.、Kumamoto A.、Matsuoka A.、Hori T.、Keika K.、Shoji M.、Teramoto M.、Imajo S.、Jun C.、Nakamura S.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 11
Pages: 13724
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Role of Ducting in Relativistic Electron Loss by Whistler‐Mode Wave Scattering2021
Author(s)
Artemyev A. V.、Demekhov A. G.、Zhang X.‐J.、Angelopoulos V.、Mourenas D.、Fedorenko Yu V.、Maninnen J.、Tsai E.、Wilkins C.、Kasahara S.、Miyoshi Y.、Matsuoka A.、Kasahara Y.、Mitani T.、Yokota S.、Keika K.、Hori T.、Matsuda S.、Nakamura S.、Kitahara M.、Takashima T.、Shinohara I.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 126
Pages: e2021JA029851
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Magnetic Field and Energetic Particle Flux Oscillations and High‐Frequency Waves Deep in the Inner Magnetosphere During Substorm Dipolarization: ERG Observations2021
Author(s)
Y. Miyashita, T.-F. Chang, Y. Miyoshi, T. Hori, A. Kadokura, S. Kasahara, S.-Y. Wang, K. Keika, A. Matsuoka, Y. Tanaka, Y. Kasahara, M. Teramoto, C.-W. Jun, K. Asamura, Y. Kazama, S. W. Y. Tam, B.-J. Wang, S. Yokota, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, M. Shoji, S. Kurita, S. Imajo, I. Shinohara
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 126
Pages: e2020JA029095
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Pre-flight Calibration and Near-Earth Commissioning Results of the Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) Onboard MMO (Mio)2021
Author(s)
Y. Saito, D. Delcourt, M. Hirahara S. Barabash, N. Andre, T. Takashima, K. Asamura, S. Yokota et al.o, M. Fujimoto, N. Terada, K. Keika, BepiColombo Mio/MPPE Team
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Journal Title
Space Science Reviews
Volume: 217
Pages: 70
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Preliminary Statistical Comparisons of Spin‐Averaged Electron Data From Arase and Van Allen Probes Instruments2021
Author(s)
M. Szabo-Roberts, Y. Y. Shprits, H. J. Allison, R. Vasile, A. G. Smirnov, N. A. Aseev, A. Y. Drozdov, Y. Miyoshi, S. G. Claudepierre, S. Kasahara, S. Yokota, T. Mitani, T. Takashima, N. Higashio, T. Hori, K. Keika, S. Imajo, I. Shinohara
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 126
Pages: e2020JA028929
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Multi‐Event Analysis of Plasma and Field Variations in Source of Stable Auroral Red (SAR) Arcs in Inner Magnetosphere During Non‐Storm‐Time Substorms2021
Author(s)
Y. Inaba, K. Shiokawa, S. Oyama, Y. Otsuka, M. Connors, I. Schofield, Y. Miyoshi, S. Imajo, A. Shinbori, A. Y. Gololobov, Y. Kazama, S.‐Y. Wang, S. W. Y. Tam, T.‐F. Chang, B.‐J. Wang, K. Asamura, S. Yokota et al.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 126
Pages: e2020JA029081
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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