Study of transport and distribution of O+ ions in geospace by multi-satellite observation and numerical simulation

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01147
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 能勢 正仁 名古屋市立大学, データサイエンス学部, 教授 (90333559)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松岡 彩子 京都大学, 理学研究科, 教授 (80270437) ; 熊本 篤志 東北大学, 理学研究科, 准教授 (00302076) ; 淺村 和史 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, 准教授 (50321568) ; 寺本 万里子 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10614331) ; 山本 和弘 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特別研究員 (30888730)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ジオスペース / 酸素イオントーラス / 電離圏イオン流出 / サブストーム / FALEO / Warm plasma cloak

Outline of Annual Research Achievements

昨年度は、電離圏から磁力線に沿って直接ジオスペースに流出して来る低エネルギーO+イオン(Field-aligned low-energy O+ ion, FALEOと命名)と酸素イオントーラス(Oxygen torus)および温かいプラズマクローク(Warm plasma cloakとの関連性に注目した。あらせ衛星の3年半以上に及ぶ長期間の観測データを統計解析し、50 eVから300 eVのH+, O+イオンの空間分布を調査した。その結果、O+イオンは夕方-真夜中から午前側についてフラックス量が大きく、動径方向には地球半径の約4倍辺りでピークを示すのに対し、H+イオンは真夜中過ぎから朝側についてフラックス量が大きく、動径方向には地球から離れるほど増加していく傾向が見られた。この空間分布は、H+, O+イオンの主な供給源や輸送経路が異なることを示している。また、O+イオンのピッチ角分布は、磁力線に対して垂直方向より、水平方向のほうに偏っていることも分かった。O+イオンの空間分布やピッチ角分布に関しては、これまでの研究で明らかにしてきた通り、電離圏起源の低エネルギーイオンが夜側のオーロラ帯からジオスペースに向かって流れ出し、その後東向きにドリフトしていくことを支持する結果であり、FALEOがOxygen torusやO+イオンのWarm plasma cloakを形成することが明らかになった。この研究成果は、複数の研究会で発表し、現在投稿論文にまとめているところである。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Iowa/University of New Hampshire/NASA/Goddard Space Flight Center(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Iowa/University of New Hampshire/NASA/Goddard Space Flight Center
  • # of Other Institutions: 2
• [Journal Article] Field-aligned currents associated with pulsating auroral patches: Observation with Magneto-Impedance Magnetometer (MIM) onboard Loss through Auroral Microburst Pulsations (LAMP) sounding rocket (2024)
  • Author(s): Nose, M., K. Hosokawa, R. Nomura, M. Teramoto, K. Asamura, Y. Miyoshi, T. Mitani, T. Sakanoi, T. Namekawa, T. Kawano, Y. Iwanaga, S. Tatematsu, M. Hirahara, A. Halford, M. Shumko, M. R. Lessard, K. Lynch, N. Paschalidis, A. N. Jaynes, and M. G. McHarg
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 129 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1029/2023JA032232
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New observational projects in New Zealand for studying radiation belt loss processes in the deep inner magnetosphere: instrumentation, operation by solar power and initial results (2024)
  • Author(s): Obana, Y., K. Sakaguchi,?M. Nose, K. Hosokawa, P. Jaquiery, S. Saita, K. Shiokawa, M. Connors, A. Kadokura, T. Nagatsuma, and Tanja Petersen
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 76 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1186/s40623-024-01990-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct evidence of drift-compressional wave generation in the Earth's magnetosphere detected by Arase (2024)
  • Author(s): Yamamoto, K. A. V. Rubtsov, D. V. Kostarev, P. N. Mager, D. Y. Klimushkin,?M. Nose, A. Matsuoka, K. Asamura, Y. Miyoshi, S. Yokota, S. Kasahara, T. Hori, K. Keika, Y. Kasahara, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, M. Shoji, S. Nakamura, and I. Shinohara
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 51 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1029/2023GL107707
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 磁気インピーダンスセンサを用いた廉価な磁力計の開発:関東-東北-北海道への稠密磁場観測ネットワークの展開 (2024)
  • Author(s): 前田大輝，能勢正仁，野村太志，足立匠，山本優佳，熊本篤志，石田祐宣，市原寛，河野剛健，岩永吉広，立松峻一，浅利晴紀，平原秀行，海東恵美，長町信吾，渡邊修，山内大輔
  • Journal Title: 宇宙科学情報解析論文誌 Volume: 13 Pages: 71-82
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A statistical study of longitudinal extent of Pc1 pulsations using seven PWING ground stations at subauroral latitudes (2023)
  • Author(s): Liu, J., K. Shiokawa, S. Oyama, Y. Otsuka, C.-W. Jun, M. Nose, T. Nagatsuma, K. Sakaguchi, A. Kadokura, M. Ozaki, M. Connors, D. Baishev, N. Nishitani, A. Oinats., V. Kurkin, and T. Raita
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 128 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1029/2021JA029987
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Alfven velocity sudden increase as an indicator of the plasmapause (2023)
  • Author(s): Rubtsov, A. V., M. Nose, A. Matsuoka, Y. Kasahara, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • Journal Title: Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics Volume: 245 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2023.106040
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Polarization and spatial distribution features of Pc4 and Pc5 waves in the magnetosphere (2023)
  • Author(s): Rubtsov, A. V.,?M. Nose, A. Matsuoka, I. Shinoahara, and Y. Miyoshi
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 128 Pages: 1-19
  • DOI: 10.1029/2023JA031674
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Plasmasphere control of ULF wave distribution at different geomagnetic conditions (2023)
  • Author(s): Rubtsov, A. V., M. Nose, A. Matsuoka, Y. Kasahara, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 128 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1029/2023JA031675
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Energetic ion variations during substorm intervals using the Van Allen Probes data (2023)
  • Author(s): Shah, T., B. Veenadhari, M. Pandya, and M. Nose
  • Journal Title: Advances in Space Research Volume: 73 Pages: 3730-3742
  • DOI: 10.1016/j.asr.2023.07.011
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Probabilistic modelling of substorm occurrences with an echo state network (2023)
  • Author(s): Nakano, S., R. Kataoka, M. Nose, and J. W. Gjerloev
  • Journal Title: Annales Geophysicae Volume: 41 Pages: 529?539
  • DOI: 10.5194/angeo-41-529-2023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Simultaneous precipitation of sub-relativistic electron microburst and pulsating aurora electrons (2023)
  • Author(s): Namekawa, T., T. Mitani, K. Asamura, Y. Miyoshi, K. Hosokawa, M. Lessard, C. Moser, A. J. Halford, T. Sakanoi, M. Kawamura,?M. Nose, R. Nomura, M. Teramoto, M. Shumko, K. A. Lynch, A. N. Jaynes, M. G. McHarg
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 50 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1029/2023GL104001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 白色雑音印加型インピーダンスプローブのプラズマ計測実験 (2023)
  • Author(s): 熊本篤志
  • Journal Title: 令和4年度宇宙科学に関する室内実験シンポジウム講演集 Volume: - Pages: -
  • Open Access
• [Presentation] あらせ衛星によるWarm O+ Cloakの統計解析 (2024)
  • Author(s): 能勢正仁, 浅村和史, 三好由純, 松岡彩子, 寺本万里子
  • Organizer: ジオスペースの低エネルギープラズマ研究集会
• [Presentation] AI Feynmanの宇宙地球科学分野への応用可能性について (2024)
  • Author(s): 能勢正仁, 小山聡
  • Organizer: 宇宙地球環境の理解のための統計数理的アプローチ
• [Presentation] Field-aligned currents associated with pulsating auroral patches: Observation with Magneto-Impedance Magnetometer (MIM) onboard Loss through Auroral Microburst Pulsations (LAMP) sounding rocket (2023)
  • Author(s): Nose, M., K. Hosokawa, R. Nomura, M. Teramoto, K. Asamura, Y. Miyoshi, T. Mitani, T. Sakanoi, T. Namekawa, T. Kawano, Y. Iwanaga, S. Tatematsu, M. Hirahara, A. Halford, M. Shumko, M. R. Lessard, K. Lynch, N. Paschalidis, A. N. Jaynes, and M. G. McHarg
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Application of magneto-impedance (MI) sensor to geomagnetic field measurements for magnetoseismology (2023)
  • Author(s): Nose, M., T. Maeda, H. Nomura, T. Adachi, Y. Yamamoto, A. Kumamoto, S. Ishida, T. Kawano, Y. Iwanaga, and S. Tatematsu
  • Organizer: IUGG2023 (Berlin)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pc1 pulsations simultaneously observed at low- to high-latitude stations and by the Swarm satellites during the March 2023 storm (2023)
  • Author(s): 能勢正仁, 塩川和夫, Liejun Wang, and Bill Jones
  • Organizer: 第154回地球電磁気・地球惑星圏学会総会
• [Presentation] O+ ions of terrestrial origin near the Moon measured with the Kaguya satellite (2023)
  • Author(s): Yamauchi, D., M. Nose, Y. Harada, K. Keika, K. Yamamoto, A. Nagamatsu, S. Yokota, and Y. Saito
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Terrestrial-origin O+ ions below 1 keV near the Moon measured with the KAGUYA satellite (2023)
  • Author(s): Yamauchi, D., M. Nose, Y. Harada, K. Keika, K. Yamamoto, A. Nagamatsu, S. Yokota, and Y. Saito
  • Organizer: 第154回地球電磁気・地球惑星圏学会総会
• [Presentation] O+ ions of terrestrial origin near the Moon measured with the Kaguya satellite (2023)
  • Author(s): Yamauchi, D., M. Nose, Y. Harada, K. Keika, K. Yamamoto, A. Nagamatsu, S. Yokota, and Y. Saito
  • Organizer: 19th European Space Weather Week
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] O+ ions of terrestrial origin near the Moon measured with the Kaguya satellite (2023)
  • Author(s): Yamauchi, D., M. Nose, Y. Harada, K. Keika, K. Yamamoto, A. Nagamatsu, S. Yokota, and Y. Saito
  • Organizer: AGU23 (San Francisco)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 能勢正仁のホームページ
  • URL: https://www.ds.nagoya-cu.ac.jp/~nose/
• [Remarks] Wp Index
  • URL: https://doi.org/10.17593/13437-46800