2023 Fiscal Year Research-status Report
Joint research for Jovian icy moons - space plasma interaction
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20KK0074
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
土屋 史紀 東北大学, 理学研究科, 教授 (10302077)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古賀 亮一 名古屋大学, 環境学研究科, 学振特別研究員(PD) (10889190)
木村 智樹 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 准教授 (50578804)
村上 豪 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50734026)
吉岡 和夫 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (70637131)
垰 千尋 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波伝搬研究センター, 主任研究員 (80552562)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | 木星磁気圏 / イオ / エウロパ / ガニメデ / JUICE / HISAKI / LAPYUTA / 氷衛星 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
木星磁気圏の高温プラズマと氷衛星の相互作用に注目し、以下の①・②について研究を遂行した。
①木星磁気圏内の高温プラズマ環境の形成過程と動特性の解明：(1) 磁気圏内の動特性に影響を及ぼす電場の時間変動特性を、ひさき衛星と東北大学T60望遠鏡（ハワイ）による磁気圏プラズマ撮像を用いて調査した。木星内部磁気圏の電場は太陽風動圧の変動に応答していることに加え、電場の空間構造が不均一であることを初めて示した。また、ひさき衛星の長期連続観測データを用いて、衛星イオ起源のプラズマが外向きに輸送された結果、そのプラズマが衛星エウロパ軌道にまで到達していることを光学観測として初めて確認した。これはエウロパ周囲のプラズマ環境を観測によって把握する新しい手段となる。
②高温プラズマによる氷衛星表層変性・大気生成の観測検討と、将来計画の要素技術開発：(2)木星磁気圏のプラズマを氷衛星エウロパの大気・表層に入射するテスト粒子計算コードを開発し、ハッブル宇宙望遠鏡(HST)により観測されたエウロパ大気オーロラの空間構造の物理的解釈を行なった（論文として出版）。更に、エウロパと木星磁気圏プラズマとの相互作用によって木星大気上空で発光するフットプリントオーロラの位置が時間変動を示すことHSTの観測から初めて突き止め、この変動がエウロパ軌道上のプラズマ密度分布の時間変動で説明できることを明らかにした。(4) 欧州の木星氷衛星探査JUICEで計画されている木星電波の掩蔽観測のシミュレーション手法により実施し、氷衛星ガニメデの電離圏の不均一構造が検出できることを明らかにした。(5)日本の次世代紫外線宇宙望遠鏡計画LAPYUTAの概念検討と要素技術開発を進めた。この成果を宇宙科学研究所の公募型小型計画６号機候補への選定に繋げることができた。
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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
①１つ目の課題「木星磁気圏内の高温プラズマ環境の形成過程と動特性の解明」では、日本の紫外線宇宙望遠鏡ひさき、米国のJuno探査機、および東北大学のT60望遠鏡による木星磁気圏観測を用いて、木星磁気圏の動的現象の特徴を明らかにするとともに、動的現象によって内部磁気圏に高温プラズマが注入されることを明らかにすることができた。現象を説明する物理解釈に議論の余地が残っているが、概ね当初の目標を達成した。
②２つ目の課題「高温プラズマによる氷衛星表層変性・大気生成の観測検討と、将来計画の要素技術開発」では、高温プラズマの照射装置を用いた氷衛星表層の変性実験を進め、表層変性の時間スケールからエウロパでの最近の地殻活動の存在を示唆する証拠が得られた他、プラズマ照射により生じる衛星の希薄大気の再現に成功した。実際のプラズマの照射条件を決めるには、衛星周囲の磁気圏プラズマ状態の把握が必要であるが、ひさき衛星によってエウロパ軌道の磁気圏プラズマパラメータの導出目処を得ることができた他、磁気圏プラズマを衛星表層に入力するテスト粒子計算コードが完成したことによって、実験室実験への接続が可能となった。木星氷衛星探査JUICEで計画されている木星電波の掩蔽を使ったシミュレーション手法が完成し、衛星電離圏探査の目処が立った。日本の次世代紫外線宇宙望遠鏡計画LAPYUTAの概念検討と要素技術開発（ミラーコーティングや検出器開発）を進め、その成果は宇宙科学研究所の公募型小型計画６号機候補への選定に繋がった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は研究機関を１年延長し、2024年度は論文執筆を含めた成果発表をすすめる。
2030年代に行われる木星系国際探査を見据え、本研究の成果を元に、望遠鏡によるリモートセンシング、探査機によるその場・近傍観測、実験室におけるプラズマ照射実験、並びに磁気圏プラズマ・衛星大気・衛星表層相互作用を記述する数値計算を融合した研究計画の立案に繋げる。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍による出張機会の制限のため、国際学会での成果発表機会を十分に確保することができなかった。成果発表にかかる使用額分の研究期間の延長を行い、国際学会発表を含む成果発表を進める。
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[Presentation] 太陽系科学と系外惑星への演繹例2024
Author(s)
土屋史紀, 佐藤晋之佑, 木村智樹, 青木翔平, 佐川英夫, 佐藤隆雄, 亀田真吾, 中山陽史, 生駒大洋, 村上豪, LAPYUTA検討チーム
Organizer
Habitable World Observatory検討会
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[Presentation] LAPYUTA計画の検討状況2024
Author(s)
土屋史紀, 村上豪, 山崎敦, 亀田真吾, 鍵谷将人, 吉岡和夫, 古賀亮一, 木村淳, 木村智樹, 垰千尋, 益永圭, 堺正太朗, 中山 陽史, 生駒大洋, 成田憲保, 大内正己, 田中雅臣, 桑原正輝, 鳥海森, 野津 湧太, 行方 宏介, LAPYUTA検討チーム
Organizer
日本天文学会2024年春季年会
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[Presentation] Solar wind response of dawn-dusk asymmetry in Io plasma torus with the Haleakala T60 and HISAKI satellite observations2024
Author(s)
近藤大泰, 土屋史紀, 鍵谷将人, 佐藤晋之祐, 三澤浩昭, 村上豪,中村勇貴, 木村智樹, 山_敦, 吉川一郎, 北元
Organizer
第25回惑星圏研究会
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[Presentation] Scientific feasibility study for planetary auroral observations for the LPYUTA mission2023
Author(s)
Tomoki Kimura, Chihiro Tao, Go Murakami, Kazuo Yoshioka, Fuminori Tsuchiya, Atsushi Yamazaki, Masato Kagitani, Ryoichi Koga, Kei Masunaga, Shotaro Sakai, LAPYUTA Working Group
Organizer
JPGU2023
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[Presentation] Geotail, MMS, Arase, and Cluster satellite observations of slow earthward flow before a substorm onset2023
Author(s)
Akimasa Ieda, Naritoshi Kitamura, Rumi Nakamura, Yoshizumi Miyoshi, Tomoaki Hori, Shinobu Machida, Masahito Nose, Tsugunobu Nagai, Yukinaga Miyashita, Yoshifumi Saito, Shoichiro Yokota, Barbara L Giles, Daniel J Gershman, Christopher T Russell, Fuminori Tsuchiya, et al.
Organizer
JPGU2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Numerical simulation of passive radar for ionospheric explorations at Jupiter's icy moons2023
Author(s)
Rikuto Yasuda, Tomoki Kimura, Hiroaki Misawa, Fuminori Tsuchiya, Shinnosuke Satoh, Yasumasa Kasaba, Shotaro Sakai, Atsushi Kumamoto, Baptiste Cecconi, Corentin Louis, Philippe Zarka
Organizer
JPGU2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Localized hot electron injection on the dusk side during transient brightening in Io plasma torus observed by Hisaki2023
Author(s)
Kento Furukawa, Fuminori Tsuchiya, Masato Kagitani, Kazuo Yoshioka, Ichiro Yoshikawa, Tomoki Kimura, Hajime Kita, Go Murakami, Atsushi Yamazaki, Hiroaki Misawa, Yasumasa Kasaba, Masafumi Imai
Organizer
JPGU2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Hisaki space telescope observations of the large oscillations of Martian hydrogen and oxygen upper atmospheres2023
Author(s)
Kei Masunaga, Naoki Terada, Nao Yoshida, Yuki Nakamura, Takeshi Kuroda, Kazuo Yoshioka, Yudai Suzuki, Hiromu Nakagawa, Tomoki Kimura, Fuminori Tsuchiya, Go Murakami, Atsushi Yamazaki, Tomohiro Usui, and Ichiro Yoshikawa
Organizer
EGU2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Observational constraints on the water group torus in the orbit of Jupiter moon Europa2023
Author(s)
Lorenz Roth, H. Todd Smith, Kazuo Yoshioka, Tracy Becker, Aljona Bl_cker, Nathaniel Cunningham, Nickolay Ivchenko, Kurt Retherford, Michael Velez, Joachim Saur, and Fuminori Tsuchiya
Organizer
EGU2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Major results from the Hisaki mission and future perspectives2023
Author(s)
Fuminori Tsuchiya, Yasumasa Kasaba, Ichiro Yoshikawa, Go Murakami, Atsushi Yamazaki, Kazuo Yoshioka, Tomoki Kimura, Chihiro Tao, Ryoichi Koga, Hajime Kita, Kei Masunaga, Masato Kagitani, Shotaro Sakai, and Masaki Kuwabara
Organizer
EGU2023
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] 紫外線宇宙望遠鏡LAPYUTA計画2023
Author(s)
土屋 史紀, 村上 豪, 山崎 敦, 亀田 真吾, 益永 圭, 堺 正太朗, 吉岡 和夫, 鍵谷 将人, 中山 陽史, 生駒 大洋, 桑原 正輝, 成田 憲保, 小玉 貴則, 寺田 直樹, 鳥海 森, 野津 湧太, 行方 宏介, 木村 智樹, 垰 千尋, 古賀 亮一, 木村 淳, 大内 正己, 田中 雅臣, 塩谷 圭吾, LAPYUTA 検討チーム
Organizer
日本天文学会2023年秋季年会
Invited
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[Presentation] Radio & Plasma Wave Investigation (RPWI) aboard JUICE: The first half year of the long travel to Jupiter and Icy Moons2023
Author(s)
笠羽 康正, 土屋 史紀, 三澤 浩昭, 加藤 雄人, 北 元, 木村 智樹, 熊本 篤志, 安田 陸人, 佐藤 晋之祐, 堺 正太朗, 三好 由純, 笠原 禎也, 松田 昇也, 八木谷 聡, 尾崎 光紀, 小嶋 浩嗣, 栗田 怜, Cecconi Baptiste, Wahlund Jan-Erik, JUICE RPWI team
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会2023 年秋季年会
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[Presentation] LAPYUTA計画( 惑星科学、生命圏科学、および天文学に向けた紫外線宇宙望遠鏡) の検討状況2023
Author(s)
土屋 史紀, 村上 豪, 山崎 敦, 亀田 真吾, 鍵谷 将人, 木村 智樹, 垰 千尋, 古賀 亮一, 木村 淳, 益永 圭, 堺 正太朗, 吉岡 和夫, 中山 陽史, 生駒 大洋, 桑原 正輝, 成田 憲保, 小玉 貴則, 鳥海 森, 大内 正巳, 田中 雅臣
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会2023 年秋季年会
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[Presentation] LAPYUTA計画の検討状況2023
Author(s)
土屋 史紀, 村上 豪, 山崎 敦, 亀田 真吾, 鍵谷 将人, 木村 智樹, 垰 千尋, 古賀 亮一, 木村 淳, 益永 圭, 堺 正太朗, 吉岡 和夫, 中山 陽史, 生駒 大洋, 桑原 正輝, 成田 憲保, 小玉 貴則, 鳥海 森, 大内 正己, 田中 雅臣, 塩谷 圭吾2, LAPYUTA検討チーム
Organizer
2023年度光_天連シンポジウム「光_天連のロードマップ策定に向けて」
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[Presentation] LAPYUTA計画の検討状況2023
Author(s)
土屋史紀, 村上豪, 山崎敦, 木村智樹, 古賀亮一, 木村 淳, 垰千尋, 益永 圭, 堺正太朗, 中山陽史, 亀田真吾, 生駒大洋, 成田憲保, 鳥海森, 鍵谷将人, 吉岡和夫, 桑原正輝, 大内正己, 田中雅臣, LAPYUTA検討チーム
Organizer
_本惑星科学会2023 年秋季講演会
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[Presentation] Europa's neutral gas torus: Observational constraints from HST/COS2023
Author(s)
Nathaniel J. Cunningham, L. Roth, H. T. Smith, K. Yoshioka, T. Becker, A. Bl_cker, N. Ivchenko, K. Retherford, J. Saur, M. Velez, F. Tsuchiya
Organizer
DPS-EPSC 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] The LAPYUTA (Life-environmentology, Astronomy, and PlanetarY Ultraviolet Telescope Assembly) Mission2023
Author(s)
F Tsuchiya, G Murakami, A Yamazaki, S Kameda, T Kimura, C Tao, R Koga, J Kimura, K Yoshioka, K Masunaga, S Sakai, N Terada, A Nakayama, M Ikoma, N Narita, T Kodama, S Toriumi, Y Notsu, K Namekata, M Ouchi, M Tanaka, M Kagitani, M Kuwabara, K Enya, LAPYUTA study team
Organizer
DPS-EPSC 2023
Int'l Joint Research
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