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2012 Fiscal Year Research-status Report

惑星間空間磁場北向き時の磁気圏電離圏対流機構の解明

Research Project

Project/Area Number 24540479
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

渡辺 正和  九州大学, 国際宇宙天気科学・教育センター, 准教授 (70446607)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywordsシータオーロラ / 沿磁力線電流
Research Abstract

研究計画に基づき、初年度は観測データ解析の環境整備とシミュレーションの環境整備を中心に行ったが、同時にサイエンス面についても開始するよう努力した。研究目的に挙げたいくつかのテーマのうち、シータオーロラの生成過程とそれに付随する沿磁力線電流系についてシミュレーションをある程度進めることができた。シミュレーション結果の解析より得られた成果は、シータオーロラにともなう未知の大規模沿磁力線電流の存在を示唆できたことである。シータオーロラは惑星間空間磁場が強い北向きの時、朝夕成分が急に反転すると形成されることが多いことが知られている。これをシミュレーションで再現した。シミュレーションによる再現自体は過去の研究でも行われているが、本研究で使用しているコードは電離圏現象を観測と比較可能な解像度で計算できるという特長を活かし解析を進めたところ、昼間側のいわゆるNBZ電流と同じ極性の沿磁力線電流がシータオーロラに沿って発生していることがわかった。この電流は南北半球で反対称的に現れ、惑星間空間磁場朝夕成分の符号が逆になると流れる方向も逆になる。このような電流系は過去の観測では指摘されたことがない。しかし、過去に観測例がないことは、シミュレーションで現れた沿磁力線電流系が存在しないことを意味しない。シータオーロラは発生頻度が小さく、観測の制約があってその全貌が明らかになっているわけではない。限られた観測データをそのような沿磁力線電流に着目して解析した人が過去にいなかっただけである、と考えている。また、観測と違ってシミュレーションでは磁気圏における沿磁力線電流の発生過程を調べることができる。解析により磁気圏ではプラズマシート境界の熱エネルギーが電磁エネルギーに変換されていることがわかった。この沿磁力線電流の生成機構は、シータオーロラの場合に限らず、将来理論式として一般化できそうである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

初年度は観測データ解析の環境整備とシミュレーションの環境整備が大きな目標であった。シミュレーション環境は、ワークステーションを立ち上げ可視化ツールや解析ツールをある程度整備することができた。一方観測データ解析の環境は、一部当初の計画のように進んでいない。特に、SuperDARN (Super Dual Auroral Radar Network) データを九州大学で独自に解析できるよう、標準解析ソフトを九大のワークステーションに導入する予定であったが、達成できなかった。観測とシミュレーションの比較は本研究課題の中心であるので、今後この遅れを取り戻すよう努力したい。

Strategy for Future Research Activity

シータオーロラに付随する沿磁力線電流系についてシミュレーションである程度結果が出たので、これを成果としてまとめるとともに観測により検証を行う。後者はDMSP(Defense Meteorological Satellite Program)衛星で得られる降下粒子・イオンドリフト・磁場データを組み合わせて総合的に解析する。磁場データは観測実施責任者にデータリクエストをしなければならないが、惑星間空間磁場データとDMSPの降下粒子データを用いて事象リストを作成する。また、初年度にできなかったSuperDARNデータの解析ソフトを九州大学のワークステーションに立ち上げる。これには国立極地研究所の行松彰准教授らに協力をお願いする。これらデータ解析環境の整備に努めるとともに、以下に例示するようなテーマについても研究を開始する。研究には九州大学の大学院生・学部生にも参加してもらう。
(1)三日月型対流セルの分裂とその発生条件の解明:惑星間空間磁場朝夕成分が卓越するときに形成される三日月型セルは研究代表者が提唱した混交サイクル(hybrid cycle)による磁気圏対流の一形態であると考えられる。基本形では三日月型セルが2つに割れることが理論的に予想されている。これを観測・シミュレーションの両面から調査する。
(2)夜側に現れる惑星間空間磁場朝夕成分に制御された沿磁力線電流系の起源:惑星間空間磁場朝夕成分に制御された沿磁力線電流系が昼側だけでなく夜側にも存在することが観測的に知られている。その起源について、研究代表者はこれを混交サイクルの作る夜側の対流セルであると予想しているが、これをシミュレーションで検証する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

比較的大きな使途は、ワークステーションのハード面の環境整備である。シミュレーション・観測データの解析のためにワークステーション1台を運用しているが、この端末を整備する。現在ワークステーションは研究代表者の居室に設置しているが、研究に協力してくれる学生が各自の居室からこれにネットワークでアクセスすると、(ネットワーク上で)一度学外に出なければならないためデータ転送が非常に遅い。このため、グラフィックスソフトが使用できないことがある。これを回避するため、ワークステーションに直接ぶら下がる端末を複数作る予定である。また状況に応じて、2台目のワークステーションを導入し、解析環境を強化する予定である。
以上に加えて、本来の目的であるサイエンスの成果が少しずつではあるが出ている。この成果発表を行うための学会旅費や、論文が掲載受理された場合の投稿料にも研究費を使う。

  • Research Products

    (15 results)

All 2013 2012

All Presentation (15 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Presentation] シータオーロラ形成にともなう電離圏対流と沿磁力線電流:MHDモデリング2013

    • Author(s)
      渡辺正和,崎戸伸太郎,田中高史,品川裕之,村田健史
    • Organizer
      名古屋大学太陽地球環境研究所 電磁圏物理学シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学西新プラザ,福岡市
    • Year and Date
      20130304-20130305
  • [Presentation] シータオーロラに伴う電離圏対流と沿磁力線電流:データ解析による検証に向けて2013

    • Author(s)
      江藤洋香、渡辺正和
    • Organizer
      名古屋大学太陽地球環境研究所 電磁圏物理学シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学西新プラザ,福岡市
    • Year and Date
      20130304-20130305
  • [Presentation] 数値シミュレーションによるexchange cell再現の試み2013

    • Author(s)
      小中原祐介,渡辺正和,藤田茂,久保田康文,品川裕之,田中高史,村田健史
    • Organizer
      名古屋大学太陽地球環境研究所 電磁圏物理学シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学西新プラザ,福岡市
    • Year and Date
      20130304-20130305
  • [Presentation] 昼側Region2沿磁力線電流系の起源2013

    • Author(s)
      花岡知幾,渡辺正和,藤田茂,田中高史,品川裕之,村田健史
    • Organizer
      名古屋大学太陽地球環境研究所 電磁圏物理学シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学西新プラザ,福岡市
    • Year and Date
      20130304-20130305
  • [Presentation] シータオーロラ形成にともなう沿磁力線電流と電離圏対流2013

    • Author(s)
      渡辺正和、崎戸伸太郎、江藤洋香、田中高史、品川裕之、村田健史
    • Organizer
      国立極地研究所 SuperDARNによる極域超高層大気研究集会
    • Place of Presentation
      国立極地研究所,立川市
    • Year and Date
      20130215-20130215
  • [Presentation] Dungey/interchange hybrid-type magnetic flux circulation mode in the magnetosphere2012

    • Author(s)
      Watanabe, M., S. Fujita, Y. Kubota, H. Shinagawa, T. Tanaka, and T. Murata
    • Organizer
      国立極地研究所 第3回極域科学シンポジウム
    • Place of Presentation
      国立極地研究所,立川市
    • Year and Date
      20121126-20121130
  • [Presentation] Dungey 型/交換型混成磁気圏磁束循環の数値シミュレーション2012

    • Author(s)
      渡辺正和,藤田茂,久保田康文,品川裕之,田中高史,村田健史
    • Organizer
      第132回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター,札幌市
    • Year and Date
      20121020-20121023
  • [Presentation] Physical processes of dayside region 2 field-aligned currents associated with substorms: An MHD modeling2012

    • Author(s)
      花岡知幾,渡辺正和,藤田茂,田中高史,村田健史,品川裕之
    • Organizer
      第132回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター,札幌市
    • Year and Date
      20121020-20121023
  • [Presentation] 沿磁力線電流の磁気圏クロージャーに関する一考察2012

    • Author(s)
      渡辺正和,花岡知幾,崎戸伸太郎
    • Organizer
      名古屋大学太陽地球環境研究所 第8回磁気圏-電離圏複合系における対流に関する研究会
    • Place of Presentation
      キャンパスプラザ京都,京都市
    • Year and Date
      20120911-20120912
  • [Presentation] グローバルMHDシミュレーションにおける昼間側で閉じるRegion 2 沿磁力線電流系の生成機構について2012

    • Author(s)
      花岡知幾,渡辺正和,藤田茂,田中高史,品川裕之,村田健史
    • Organizer
      名古屋大学太陽地球環境研究所 第8回磁気圏-電離圏複合系における対流に関する研究会
    • Place of Presentation
      キャンパスプラザ京都,京都市
    • Year and Date
      20120911-20120912
  • [Presentation] Magnetic conjugacy at high latitudes in global magnetohydrodynamic (MHD) and empirical models of the magnetosphere2012

    • Author(s)
      Kabin, K., and M. Watanabe
    • Organizer
      AOGS-AGU (WPGM) Joint Assembly 2012
    • Place of Presentation
      Sentosa, Singapore
    • Year and Date
      20120813-20120817
  • [Presentation] MAGDAS project activities under ISWI2012

    • Author(s)
      Maeda, G., K. Yumoto, H. Kawano, A. Yoshikawa, H. Liu, M. Watanabe, S. Abe, T. Uozumi, and A. Ikeda
    • Organizer
      International Conference on Radiation Belts and Space Weather
    • Place of Presentation
      Daejeon, Korea
    • Year and Date
      20120529-20120601
  • [Presentation] 惑星間空間磁場斜め北向き時の磁気圏大規模磁束循環2012

    • Author(s)
      渡辺正和,藤田茂,久保田康文,品川裕之,田中高史,村田健史
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2012年大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場,千葉市
    • Year and Date
      20120520-20120525
  • [Presentation] Formation of Preliminary Center for Capacity Building for Space Weather Research2012

    • Author(s)
      Yumoto, K., A. Yoshikawa, H. Kawano, H. Liu, M. Watanabe, A. Ikeda, G. Maeda, S. Abe, and T. Uozumi
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2012年大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場,千葉市
    • Year and Date
      20120520-20120525
    • Invited
  • [Presentation] 磁気圏におけるRegion2沿磁力線電流の生成機構について2012

    • Author(s)
      花岡知幾,渡辺正和,藤田茂,田中高史,品川裕之,村田健史
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2012年大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場,千葉市
    • Year and Date
      20120520-20120525

URL: 

Published: 2014-07-24  

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