Study of ion composition in the lunar plasma environment by using Gateway/HERMES

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22KK0045
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 能勢 正仁 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (90333559)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桂華 邦裕 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10719454) ; 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): 2022-10-07 – 2028-03-31
• Keywords: イオン組成 / 月周回有人拠点Gateway / 船外観測装置HERMES / 月周辺プラズマ環境

Outline of Annual Research Achievements

宇宙開発の基盤として人類が月を利用する未来がすぐそこにまで来ており、月面への中継基地となる月周回有人拠点(Gateway)の建設準備が米国を中心に進められている。安心・安全に月周辺の宇宙空間を利用していくためには、そこで生起する電磁気現象を大きく左右する背景プラズマイオン組成を詳しく調べておくことが非常に重要である。この研究では、2026年から建設が始まるGatewayの船外に搭載予定のHERMES観測装置で得られるイオンフラックスデータを解析し、「太陽風起源、月起源、地球起源の多種多様なイオンは、月周辺のプラズマ環境にそれぞれどの程度寄与しているのか？」という問いに答えることを目的とする。
今年度は、将来的にHERMESのデータを利用する際の事前準備として、まず、かぐや衛星に搭載されたIMA観測器が計測したデータを解析した。かぐや衛星が地球磁気圏尾部のローブ領域に滞在している期間に注目し、IMA観測器が地球から流れているイオンを観測できる時間帯(衛星の太陽天頂角が90度近い値の時間帯)のデータを用いた。
2008年6月19日のそのような時期に注目して解析したところ、普段に較べて非常に多くのO+が観測されており、そのO+は月面から直接の方向よりは、地球方向から来ている量のほうが多いことが分かった。このイベントは、Dst指数が-10~-20 nT程度の地磁気擾乱としてはそれほど大きくない時期に起こっていることから、地球からは常に継続してO+が流れ出しており、それが38万km離れた月まで到達しうることを示している。こうしたイベントは、その他にも磁気圏尾部の別の場所でも数例見つけることができたため、O+イオンは地球から流出した後、磁気圏尾部の広大な領域に広がっていると考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

かぐや衛星のデータ解析に関しては予定通り進んでおり、静穏時であっても地球起源のO+イオンが38万km離れた月軌道まで流れ着いている様子が確認できた。ただ、研究課題提案当初、Gateway/HERMESの実施は2025年とされていたが、最近になってNASAから、HERMESの観測は2026年開始予定という発表がなされた。こちらは不可避の状況であるが、引き続き、状況の推移を注意深く見守っている。

Strategy for Future Research Activity

Gateway/HERMESの実施は2026年からなので、それに向けての準備を行う。月面高度約100 kmの低高度を周回して月周辺のイオン組成を計測していた「かぐや」衛星のデータを統計解析する。ただし、Gatewayのように月周辺の広い高度領域を調べることはできないので、特に地球起源と思われるO+イオンが、磁気圏尾部中において、どの様な時に観測され、どの場所で観測されるかについて限定した解析を行う。研究協力者(原田)は、かぐや衛星をこれまでに利用した経験があるため、主に能勢と原田でこの課題に取り組む。研究成果について、学会での発表や論文出版を行う。また、かぐやのデータ解析結果やHERMESデータ解析計画について、海外共同研究者であるGlocer博士やHERMES/IDSチームの研究者と議論する。

Causes of Carryover

今年度は新型コロナウィルス症蔓延のため、多くの学会がオンライン形式で開催された。そのため、関係する学会に参加する際の旅費が必要なくなり、次年度使用額が生じた。今後は、ハイブリッドまたは完全対面形式で開催される学会が増えてくるため、この次年度使用分は学会旅費として利用する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASA Goddard Flight Space Center(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NASA Goddard Flight Space Center
• [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] Flux enhancements of field-aligned low-energy O+ ion (FALEO) in the inner magnetosphere: A possible source of warm plasma cloak and oxygen torus (2022)
  • Author(s): Nose, M., A. Matsuoka, Y. Miyoshi, K. Asamura, T. Hori, M. Teramoto, I. Shinohara, M. Hirahara, C. A. Kletzing, C. W. Smith, R. J. MacDowall, H. E. Spence, G. D. Reeves, and J. W. Gjerloev
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 127 Pages: 1-19
  • DOI: 10.1029/2021JA030008
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Application of magneto-impedance (MI) sensor to geomagnetic field measurements (2022)
  • Author(s): Nose, M., T. Kawano, and H. Aoyama
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 127 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1029/2022JA030809
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preferential energization of lower-charge-state heavier ions in the near-Earth magnetotail (2022)
  • Author(s): Keika, K., S. Kasahara, S. Yokota, M. Hoshino, K. Seki, T. Amano, L. M. Kistler, M. Nose, Y. Miyoshi, T. Hori, and I. Shinohara
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 127 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1029/2021JA029786
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Statistical properties and proposed source mechanism of recurrent substorm activity with one-hour periodicity (2022)
  • Author(s): Keiling, A., C. Ramos, N. Vu, V. Angelopoulos, and M. Nose
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 127 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1029/2021JA030064
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Collaborative research activities of the Arase and Van Allen Probes (2022)
  • Author(s): Miyoshi, Y., 他44名 (M. Nose, 34番目)
  • Journal Title: Space Science Review Volume: 218 Pages: 1-27
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Signatures of auroral potential structure extending through the near-equatorial inner magnetosphere (2022)
  • Author(s): Imajo, S., Y. Miyoshi, K. Asamura, I. Shinohara, M. Nose, K. Shiokawa, Y. Kasahara, Y. Kasaba, A. Matsuoka, S. Kasahara, S. Yokota, K. Keika, T. Hori, M. Shoji, S. Nakamura, M. Teramoto
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 49 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1029/2022GL098105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-event study of simultaneous observations of isolated proton auroras at subauroral latitudes using ground all-sky imagers and the Van Allen Probes (2022)
  • Author(s): Nakamura, K., K. Shiokawa, M. Nose, T. Nagatsuma, K. Sakaguchi, H. Spence, G. Reeves, H. O. Funsten, R. MacDowall, C. Smith, J. Wygant, J. Bonnell, and I. R. Mann
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 127 Pages: 1-25
  • DOI: 10.1029/2022JA030455
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of ionospheric Alfven resonator with double spectral resonance structures at low latitude station, Shillong (dipoleL=1.08) (2022)
  • Author(s): Adhitya, P., M. Nose, J. Bulusu, G. Vichare, and A. K. Sinha
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 74 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01730-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Global characteristics of cold protons around midnight in the magnetotail: Implication for efficient heating and origin (2022)
  • Author(s): Keika, K., Asami, R., Hoshino, M., and Fuselier, S. A.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 127 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1029/2021JA029576
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] BepiColombo Mio Observations of Low-Energy Ions During the First Mercury Flyby: Initial Results (2022)
  • Author(s): Harada, Y., S. Aizawa, Y. Saito, N. Andre, M. Persson, D. Delcourt, L. Z. Hadid, M. Fraenz, S. Yokota, A. Fedorov, W. Miyake, E. Penou, A. Barthe, J. A. Sauvaud, B. Katra, S. Matsuda, G. Murakami
  • Journal Title: Geophys. Res. Lett. Volume: 49 Pages: e2022GL100279
  • DOI: 10.1029/2022GL100279
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Application of magneto-impedance sensor to geomagnetic field measurements (2022)
  • Author(s): Nose, M., H. Nomura, T. Maeda, H. Ichihara, M. Hirahara, Y. Iwanaga, T. Kawano, M. Teramoto, R. Nomura, and K. Asamura
  • Organizer: 15th Solar-Terrestrial Physics Symposium (STP-15)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Flux enhancements of field-aligned low-energy O+ ion (FALEO) in the inner magnetosphere: A possible source of warm plasma cloak and oxygen torus (2022)
  • Author(s): Nose, M., A. Matsuoka, Y. Miyoshi, K. Asamura, T. Hori, M. Teramoto, I. Shinohara, M. Hirahara, C. A. Klezing, C. W. Smith, R. J. MacDowall, H. E. Spence, G. D. Reeves, and J. W. Gjerloev
  • Organizer: ジオスペースの低エネルギープラズマ研究集会
• [Presentation] Application of magneto-impedance (MI) sensor to geomagnetic field measurements (2022)
  • Author(s): Nose, M., T. Kawano, and H. Aoyama
  • Organizer: The 5th ISEE Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Geomagnetic Field (2022)
  • Author(s): Nose, M
  • Organizer: Iberian Space Science Summer School (i4s)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 磁気インピーダンスセンサーによる地磁気計測実験 (2022)
  • Author(s): 能勢正仁
  • Organizer: 柿岡地磁気観測所セミナー
  • Invited
• [Presentation] Geomagnetic field observations around the globe (2022)
  • Author(s): Nose, M
  • Organizer: UCLA SMART Talk
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Study of ion composition in lunar plasma environment with the KAGUYA satellites (2022)
  • Author(s): Yamauchi, D., M. Nose, Y. Harada, and S. Yokota
  • Organizer: The 5th ISEE Symposium: Toward the Future of Space?Earth Environmental Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of oxygen ion supply and energization in the inner magnetosphere during magnetic storms: Arase observations (2022)
  • Author(s): K. Keika, R. Miyamoto, S. Kasahara, S. Yokota, T. Hori, Y. Miyoshi, I. Shinohara, and A. Matsuoka
  • Organizer: JpGU Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Wp Index
  • URL: https://doi.org/10.17593/13437-46800
• [Remarks] 能勢正仁のホームページ
  • URL: https://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~nose.masahito