2021 Fiscal Year Research-status Report
A proposal and validation of a new space plasma observation method "Drift Echo Monitor"
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21K13978
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中村 紗都子 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 特任助教 (00870247)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁気圏 / プラズマ物理 / 放射線帯 / プラズマ波動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で提案したドリフトエコーーモニター手法のテストスタディーとして、あらせ衛星・THEMIS・Van Allen Probesを使用した研究を行い論文を出版した。放射線帯電子の「ドリフトエコー」という現象に関する衛星観測報告を中心に行った。「粒子フラックスの時間微分を過去の値で規格化」するなどでフラックス変動Δfを強調して可視化することで、ドリフトエコーが数周にわたって保たれること、電子ロスのエネルギー範囲、空間スケールなどを明瞭に示し、EMIC rising toneによる電子ロスが原因であると結論づけた。過去にも、こうしたエネルギー分散をもつフラックス変動やEMIC波による放射線帯ロス自体は多くの先行研究が存在するが、衛星の複数周回軌道の比較観測や準線形理論をもとにした数時間スケールの変動に注目していた。本論文のような「短時間・局所」スケールでの実証は初めてである。さらに興味深い点は、同様の解析を磁気圏モニターとして他の現象にも応用できる可能性である。様々な素過程によるフラックス変動に関してその拡散時定数や空間スケールを定量評価するなど、今後の応用可能性が期待される解析手法である。
結果として、地球磁気圏内でのEMIC波による波動粒子相互作用による局在化した放射線帯損失過程の時空間変化を初めてあきらかにすることに成功し、その発生領域が磁気圏赤道面のMLT～15付近にあること、空間スケールがMLT～1ｈ程度かつL～0.3程度、時間スケールは数分であることを突き止めた。この非常に速い粒子損失は非線形波動粒子相互作用の効果を実証しており、「個々の素過程と磁気圏ダイナミクス全体の関係」という課題解明への貢献が期待できる。
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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
当初の予定どおり、まずは複数衛星を用いたイベントスタディーによって本研究で提案する手法の妥当性を検証することができた。結果は論文として出版されている。結果は非常に明瞭でドリフトエコーモニター手法によって波動粒子相互作用のソース領域の詳しい時空間スケールや、その後の磁気圏全体への拡散過程の情報を得ることができた。ただし自動抽出による統計解析にはまだ至っておらず、これは新型コロナウイルス感染症の影響で打ち合わせ・研究会の予定が大幅に変更されたことを原因としている。
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| Strategy for Future Research Activity |
粒子ロス、drift-shell splittingによるピッチ角分布変化など多数の素過程によって生じうる。各素過程は特定のエネルギー、ピッチ角、経度範囲の粒子のみに選択的に影響することで、結果として生じるドリフトエコーの形状が大きく異なる。そののちドリフトエコーはドリフト中の拡散時定数に応じて消失する。そこで、本研究ではドリフトエコーのエネルギー分散（傾き）、エネルギー範囲、深さ、幅、ホール消滅の拡散時定数、ピッチ角依存性を定量的に抽出する。これらはエコーを作った素過程の発生位置、効率（時定数）、空間的広がり、粒子の共鳴エネルギー範囲、またドリフト周回中の拡散係数の情報を含んでいる。
背景のダイポール磁場を仮定できる場合には、衛星位置と粒子エネルギーからドリフト周期を計算できるため、上流のフラックスを逆算することで常時ドリフトエコーの有無を判定できる。ドリフトエコーの検出および形状の定量評価を土台としてエコーを分類し、その素過程との関連および磁気圏擾乱度との比較を行う。本研究の大きな狙いとして、地球磁気圏の複数衛星および地上観測網を使ってドリフトエコーと対応する素過程を直接観測し実証する。
今後は自動抽出方法をより洗練させ、最終目標である統計解析に向けて学生の雇用を予定している。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症流行の影響で、予定していた国際学会および国際研究会での打ち合わせがキャンセルになったため旅費執行予定に大幅なずれが生じた。
また同時に、学生を雇用しての大規模データ解析を予定していたが、同様に新型コロナウイルス感染症の影響で大学での学生との打ち合わせが難航し次年度にずれこんだ。
データ解析用の環境セットアップを予定していたが、半導体の品薄による価格高騰・納期の遅れにより、研究の進捗状況と合わせて次年度への繰越しとした。
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