宇宙自然プラズマ波動の同時多点観測による励起・伝搬特性の三次元的理解と利活用

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14546
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 松田 昇也 金沢大学, 電子情報通信学系, 准教授 (20772213)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: EMIC波動 / あらせ衛星 / Van Allen probes衛星 / PWING / CARISMA

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，地球磁気圏を飛翔する複数の科学衛星を用いて，複数地点から一つのプラズマ波動現象を捉え，その時間発展や空間変化を明らかにすることを目指している．本年度は，日本のあらせ衛星，アメリカのVan Allen probes衛星，日本のPWINGネットワーク，カナダのCARISMA誘導磁力計ネットワークによる多地点観測データを組み合わせ，電磁イオンサイクロトロン（EMIC）波動の伝搬経路解析と空間的な広がりを同定する研究を行った．4つの拠点で同時に観測された電磁イオンサイクロトロン波動の周波数スペクトルを詳細に解析し，共通する特徴に着目することで同一の現象を捉えたタイミングを同定した．観測された電磁イオンサイクロトロン波動が，磁気赤道付近・中緯度付近・地上と，磁力線に沿って30000 km以上の距離を伝搬していたことを観測的に明らかにした．また，共通する特徴がみられたタイミングを空間スケールに焼き直すことで，現象の3次元的な広がりを明らかにした．更に，電磁イオンサイクロトロン波動によって加熱された水素イオンとヘリウムイオンの分布を2機の衛星で比較することで，電磁イオンサイクロトロン波動による宇宙環境変動の空間スケールを明らかにすることにも成功した．以上すべての成果は，従来の単地点観測では明らかにすることができない極めてユニークな成果である．各国が展開する観測拠点を組み合わせる国際連携によって，広い宇宙を立体的に捉える方法を実証した成果である．

Current Status of Research Progress

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

Reason

衛星・地上の4拠点による電磁イオンサイクロトロン波動の同時多地点観測データから，現象の空間広がりを同定することに成功した．本成果は学術論文として出版されたほか，一般向け科学誌や新聞，インターネットメディア等にも広く取り上げられた．

Strategy for Future Research Activity

他の同時多地点観測データを解析することで，現象の空間広がりに関する普遍性や宇宙プラズマ環境変動の寄与の違いを議論する．

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの影響で国内出張や海外渡航計画に変更が生じたため．次年度は，延期された打ち合わせ旅費などに充当する．

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Minnesota/University of Colorado Boulder/Los Alamos National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Minnesota/University of Colorado Boulder/Los Alamos National Laboratory
  • # of Other Institutions: 2
• [Int'l Joint Research] University of Alberta(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: University of Alberta
• [Journal Article] Statistical Study of Approaching Strong Diffusion of Low‐Energy Electrons by Chorus and ECH Waves Based on <i>In Situ</i> Observations (2022)
  • Author(s): Fukizawa M., Sakanoi T., Miyoshi Y., Kazama Y., Katoh Y., Kasahara Y., Matsuda S., Kumamoto A., Tsuchiya F., Matsuoka A., Kurita S., Nakamura S., Shoji M., Teramoto M., Imajo S., Shinohara I., Wang S.‐Y., Tam S. W.‐Y., Chang T.‐F., Wang B.‐J., Jun C.‐W.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 127 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2022ja030269
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cross-Energy Couplings from Magnetosonic Waves to Electromagnetic Ion Cyclotron Waves through Cold Ion Heating inside the Plasmasphere (2021)
  • Author(s): Asamura Kazushi, Shoji Masafumi, Miyoshi Yoshizumi, Kasahara Yoshiya, Kasaba Yasumasa, Kumamoto Atsushi, Tsuchiya Fuminori, Matsuda Shoya, Matsuoka Ayako, Teramoto Mariko, Kazama Yoichi, Shinohara Iku
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 127 Pages: -
  • DOI: 10.1103/physrevlett.127.245101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multipoint Measurement of Fine‐Structured EMIC Waves by Arase, Van Allen Probe A, and Ground Stations (2021)
  • Author(s): Matsuda S., Miyoshi Y., Kasahara Y., Blum L., Colpitts C., Asamura K., Kasaba Y., Matsuoka A., Tsuchiya F., Kumamoto A., Teramoto M., Nakamura S., Kitahara M., Shinohara I., Reeves G., Spence H., Shiokawa K., Nagatsuma T., Oyama S., Mann I. R.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021gl096488
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Study of an Equatorward Detachment of Auroral Arc From the Oval Using Ground‐Space Observations and the BATS‐R‐US?CIMI Model (2021)
  • Author(s): Yadav Sneha, Shiokawa K., Oyama S., Inaba Y., Takahashi N., Seki K., Keika K., Chang Tzu-Fang, Tam S. W. Y., Wang B.-J., Kazama Y., Wang S.-Y., Asamura K., Kasahara S., Yokota S., Hori T., Kasaba Y., Tsuchiya F., Kumamoto A., Shoji M., Kasahara Y., Matsuoka A., Matsuda S., Jun C.‐W., Imajo S., Miyoshi Y., Shinohara I.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 126 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2020ja029080
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of Ducting in Relativistic Electron Loss by Whistler‐Mode Wave Scattering (2021)
  • 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.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 126 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021ja029851
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Field‐Aligned Electron Density Distribution of the Inner Magnetosphere Inferred From Coordinated Observations of Arase and Van Allen Probes (2021)
  • Author(s): Obana Yuki, Miyashita Yukinaga, Maruyama Naomi, Shinbori Atsuki, Nos? Masahito, Shoji Masafumi, Kumamoto Atsushi, Tsuchiya Fuminori, Matsuda Shoya, Matsuoka Ayako, Kasahara Yoshiya, Miyoshi Yoshizumi, Shinohara Iku, Kurth William S., Smith Charles W., MacDowall Robert J.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 126 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2020ja029073
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inter‐Calibrated Measurements of Intense Whistlers by Arase and Van Allen Probes (2021)
  • Author(s): Santolik O., Miyoshi Y., Kolmasova I., Matsuda S., Hospodarsky G. B., Hartley D. P., Kasahara Y., Kojima H., Matsuoka A., Shinohara I., Kurth W. S., Kletzing C. A.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 126 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021ja029700
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Arase Observation of Simultaneous Electron Scatterings by Upper‐Band and Lower‐Band Chorus Emissions (2021)
  • Author(s): Kazama Y., Miyoshi Y., Kojima H., Kasahara Y., Kasahara S., Usui H., Wang B.‐J., Wang S.‐Y., Tam S. W. Y., Chang T. F., Asamura K., Matsuda S., Kumamoto A., Tsuchiya F., Kasaba Y., Shoji M., Matsuoka A., Teramoto M., Takashima T., Shinohara I.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021gl093708
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Penetration of MeV electrons into the mesosphere accompanying pulsating aurorae (2021)
  • 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.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41598-021-92611-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of proton hill in the phase space during interactions between ions and electromagnetic ion cyclotron waves (2021)
  • Author(s): Shoji Masafumi, Miyoshi Yoshizumi, Kistler Lynn M., Asamura Kazushi, Matsuoka Ayako, Kasaba Yasumasa, Matsuda Shoya, Kasahara Yoshiya, Shinohara Iku
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41598-021-92541-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Characteristics of EMIC Waves in the Magnetosphere Based on the Van Allen Probes and Arase Observations (2021)
  • Author(s): Jun Chae‐Woo, Miyoshi Yoshizumi, Kurita Satoshi, Yue Chao, Bortnik Jacob, Lyons Larry, Nakamura Satoko, Shoji Masafumi, Imajo Shun, Kletzing Craig, Kasahara Yoshiya, Kasaba Yasumasa, Matsuda Shoya, Tsuchiya Fuminori, Kumamoto Atsushi, Matsuoka Ayako, Shinohara Iku
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 126 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2020ja029001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Multipoint Measurement of Fine-Structured EMIC Waves by Arase, Van Allen Probe A and Ground Stations (2021)
  • Author(s): 松田 昇也, 三好 由純, 笠原 禎也, Blum Lauren, Colpitts Chris, 浅村 和史, 笠羽 康正, 松岡 彩子, 土屋 史紀, 熊本 篤志, 中村 紗都子, 北原 理弘, 篠原 育, Reeves Geoff, Spence Harlan, 塩川 和夫, 長妻 努, 大山 伸一郎, Mann Ian R
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] 宇宙プラズマ波動研究の将来構想 (2021)
  • Author(s): 松清 修一, 松田 昇也, 地球電磁気・地球惑星圏学会 波動分科会
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] The interaction of subrelativistic electrons with high-latitude propagating chorus waves observed by the Arase satellite (2021)
  • Author(s): 滑川 拓, 篠原 育, 三谷 烈史, 浅村 和史, 堀 智昭, 松岡 彩子, 松田 昇也, 笠原 禎也, 笠原 慧, 横田 勝一郎, 中村 紗都子, 北原 理弘, 三好 由純
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] A statistical study of EMICwave-particle interactions in the magnetosphere using Araseobservations (2021)
  • Author(s): 田 采祐, 三好 由純, 中村 紗都子, 小路 真史, 北原 理弘, 堀 智昭, 笠原 禎也, 笠羽 康正, 土屋 史紀, 熊本 篤志, 松田 昇也, 浅村 和史, 篠原 育, 松岡 彩子, 横田 勝一郎, 笠原 慧, 桂華 邦裕
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] プラズマ波動の分散関係に基づいた伝搬方向推定手法の検討とあらせ衛星観測データへの適用 (2021)
  • Author(s): 古俣 圭佑, 笠原 禎也, 田中 裕士, 松田 昇也, 太田 守, 土屋 史紀, 熊本 篤志, 松岡 彩子
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] あらせ衛星で観測されるコーラスに関連したラングミュア波動の統計解析 (2021)
  • Author(s): 江田 大輝, 栗田 怜, 吉田 永遠, 小嶋 浩嗣, 笠原 禎也, 松田 昇也, 松岡 彩子, 三好 由純, 篠原 育
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] あらせ衛星のモノポールモードで観測されたコーラス波動の解析 (2021)
  • Author(s): 滝 朋恵, 栗田 怜, 松田 昇也, 小嶋 浩嗣, 笠原 禎也, 三好 由純, 松岡 彩子, 熊本 篤志
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] あらせ衛星の直方体形状による衛星電位スピン変調と衛星表面帯電モデルとの比較 (2021)
  • Author(s): 中村 紗都子, 三好 由純, 笠羽 康正, 中川 朋子, 堀 智昭, 三宅 洋平, 松田 昇也, 栗田 怜, 笠原 禎也, 篠原 育, 小路 真史, 松岡 彩子, 北原 理弘
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] A new calibration method for LEPe low-energy electron data of the ERG satellite (2021)
  • Author(s): 風間 洋一, 浅村 和史, 笠原 慧, 横田 勝一郎, 堀 智昭, 田 采祐, 三好 由純, Wang B.-J., Wang S.-Y., Tam Sunny W. Y., 笠原 禎也, 松田 昇也, 熊本 篤志, 土屋 史紀, 笠羽 康正, 小路 真史, 松岡 彩子, 寺本 万里子, 高島 健, 篠原 育
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会