深内部磁気圏における高エネルギーイオン生成・輸送機構とそのイオン種依存性の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25287127
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 能勢 正仁 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (90333559)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮下 幸長 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教 (20435811) ; 尾花 由紀 大阪電気通信大学, 工学部, 講師 (50398096) ; 中野 慎也 統計数理研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 助教 (40378576) ; 桂華 邦裕 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教 (10719454) ; 小路 真史 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教 (80722082) ; 野村 麗子 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究員 (30637690)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: リングカレント / イオン組成 / 磁気嵐 / サブストーム / 酸素イオントーラス / 内部磁気圏

Outline of Annual Research Achievements

平成26年度には、研究課題１(磁場双極子化イベントについての編隊型人工衛星のデータ解析)と研究課題２(微小電磁場擾乱とイオン加速の計算機シミュレーション)に関連した研究成果が、J. Geophys. Res.誌に掲載された。具体的な内容は、「(a)ETS-VIII衛星・AMPTE/CCE衛星のデータを解析し、深内部磁気圏における磁場双極子化に伴う微小磁場擾乱は、ドリフト励起電磁イオンサイクロトロン波動によるものであることを示した。(b)簡単な磁場モデル中でのドリフト励起電磁イオンサイクロトロン波動の線形分散関係式を用いて波動を計算機の中で再現し、それによるイオン加速の効率を調べた結果、H+よりもO+のほうが強く加速され、粒子スペクトルの形も大きくゆがめられることを明らかにした。」の2つである。
さらに、研究課題３(酸素イオントーラスについての編隊型人工衛星のデータ解析)についても解析を進めた。Van Allen Probes衛星で観測されたULF波動の周波数と磁気圏磁場モデルにおける波動方程式の数値解より、プラズマの平均質量密度を算出した。同時に、プラズマ波動のデータから高域混成周波数を選び出し、電子密度を算出した。この両者のデータから、プラズマ平均質量を推定した。その結果、朝側のプラズマ圏界面に近いL=3-4において、プラズマ平均質量が4.5-8 amuにも到達するような重イオン密度の高い領域、すなわち酸素イオントーラスが存在する例が見つかった。こうした領域が生じる理由を計算機シミュレーションの方法で調べた結果、電離層から内部磁気圏へ供給される低エネルギーの酸素イオンが、磁気嵐回復相で徐々に減少していく対流電場中で東向きにドリフト運動を行うためであることを解明した。さらに、酸素イオントーラスの形状は、経度方向に一様ではなく朝側から昼側に局在化したものであることも分かった。この研究結果もJ. Geophys. Res.誌に掲載された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究課題１・２・３とも順調に解析を進め、それぞれの課題について一通りの結果・解釈を得ることができた。その研究成果は、国際的学術論文誌であるJ. Geophys. Res.誌に2編の論文として掲載されており、研究は順調に進展していると判断している。また、研究課題に関する発表は、国内・国際学会で招待講演として複数回にわたって行った。

Strategy for Future Research Activity

研究課題１・２については、Van Allen Probes衛星が取得した最新のデータを解析し、平成25-26年度に解明されたことの確認を行いたい。特に、Van Allen Probes衛星が2機からなる編隊型人工衛星である利点を活かして、これまでの衛星では難しかった擾乱の伝搬や空間構造の推定などが行えるのではないかと期待している。
研究課題３については、引き続き同様のイベントを探し出し、酸素イオントーラスの統計的な描像(発生するL値、プラズマ圏界面との相対位置、磁気嵐のフェーズ依存性など)を明らかにすることが必要と考えている。また、平成26年度に行った計算機シミュレーションの電磁場設定はかなり簡単なものだったので、もう少し現実に近い形での計算を行い、酸素イオントーラス形成の過程を詳細に調べたい。
研究課題４(電離層からのO+イオン再充填についての計算機シミュレーション)については、これから着手する方針であるが、初めて取り組むテーマであるため、研究分担者と共に過去の研究のレビューや計算コードについて密接に打ち合わせをしながら進めていこうと考えている。

Causes of Carryover

平成27年4月、6月にそれぞれ韓国、チェコで開催される国際会議で招待講演を依頼されたため、研究成果発表旅費を確保する必要が生じた。そこで、必要最低額だけを次年度使用額として残すことになった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

韓国、チェコでの招待講演はすでに確定しているので、次年度使用額はそこでの発表旅費として使用する計画である。

Research Products

• [Journal Article] Formation of the oxygen torus in the inner magnetosphere: Van Allen Probes observations (2015)
  • Author(s): Nose, M., S. Oimatsu, K. Keika, C. A. Kletzing, W. S. Kurth, S. De Pascuale, C. W. Smith, R. J. MacDowall, S. Nakano, G. D. Reeves, H. E. Spence, and B. A. Larsen
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 120 Pages: 1182-1196
  • DOI: 10.1002/2014JA020593
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Responses of different ion species to fast plasma flows and local dipolarization in the plasma sheet (2015)
  • Author(s): Ohtani, S., M. Nose, Y. Miyashita, and A. T. Y. Lui
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 120 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1002/2014JA020517
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spatial structure and temporal evolution of energetic particle injections in the inner magnetosphere during the 14 July 2013 substorm event (2015)
  • Author(s): Gkioulidou, M., S. Ohtani, D. G. Mitchell, A. Ukhorskiy, G. D. Reeves, D. L. Turner, J. W. Gjerloev, M. Nose, K. Koga, J. V. Rodriguez, L. J. Lanzerotti
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 120 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1002/2014JA020872
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magnetic fluctuations embedded in dipolarization inside geosynchronous orbit and their associated selective acceleration of O+ ions (2014)
  • Author(s): Nose, M., K. Takahashi, K. Keika, L. M. Kistler, K. Koga, H. Koshiishi, H. Matsumoto, M. Shoji, Y. Miyashita, and R. Nomura
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 119 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1002/2014JA019806
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Electromagnetic ion cyclotron rising tone emissions observed by THEMIS probes outside the plasmapause (2014)
  • Author(s): Nakamura, S., Y. Omura, S. Machida, M. Shoji, M. Nose, and V. Angelopoulos
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 119 Pages: 1874-1886
  • DOI: 10.1002/2013JA019146
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-term variation in the upper atmosphere as seen in the geomagnetic solar quiet daily variation (2014)
  • Author(s): Shinbori, A., Y. Koyama, M. Nose, T. Hori, Y. Otsuka, and A. Yatagai
  • Journal Title: Earth Planet. Space Volume: 66 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1186/s40623-014-0155-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Initial Measurements of O-ion and He-ion Decay Rates Observed from the Van Allen Probes RBSPICE Instrument (2014)
  • Author(s): Gerrard, A., L. J. Lanzerotti, M. Gkioulidou, D. G. Mitchell, J. Manweiler, J. Bortnik, and K. Keika
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 119 Pages: 8813-8819
  • DOI: 10.1002/2014JA020374
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Estimation of the helium ion density distribution in the plasmasphere based on a single IMAGE/EUV image (2014)
  • Author(s): Nakano, S., M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 119 Pages: 3724-3740
  • DOI: 10.1002/2013JA019733
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of temporal evolution of the helium plasmasphere based on a sequence of IMAGE/EUV images (2014)
  • Author(s): Nakano, S., M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 119 Pages: 3708-3723
  • DOI: 10.1002/2013JA019734
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Formation of the oxygen torus in the inner magnetosphere: Van Allen Probes observations (2015)
  • Author(s): M. Nose, S. Oimatsu, K. Keika, C. A. Kletzing, W. S. Kurth, S. De Pascuale, C. W. Smith, R. J. MacDowall, S. Nakano, G. D. Reeves, H. E. Spence, and B. A. Larsen
  • Organizer: 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-24
  • Invited
• [Presentation] Formation of the oxygen torus in the inner magnetosphere: Van Allen Probes observations (2015)
  • Author(s): M. Nose, S. Oimatsu, K. Keika, C. A. Kletzing, W. S. Kurth, S. De Pascuale, C. W. Smith, R. J. MacDowall, S. Nakano, G. D. Reeves, H. E. Spence, and B. A. Larsen
  • Organizer: Korea Space Science Society spring meeting
  • Place of Presentation: Taebaek, Korea
  • Year and Date: 2015-04-30 – 2015-04-30
  • Invited
• [Presentation] Van Allen Probes衛星観測による内部磁気圏での酸素イオントーラス形成について (2015)
  • Author(s): 能勢正仁
  • Organizer: 太陽地球系宇宙プラズマにおける重イオンの輸送・加熱・加速過程研究会
  • Place of Presentation: 愛知県・名古屋
  • Year and Date: 2015-01-29 – 2015-01-29
  • Invited
• [Presentation] Van Allen Probes observations of the oxygen torus in the inner magnetosphere (2014)
  • Author(s): Nose, M.
  • Organizer: Seminar at Indian Institute of Geomagnetism
  • Place of Presentation: Mumbai, India
  • Year and Date: 2014-11-10 – 2014-11-10
  • Invited
• [Presentation] Long-term variations of substorm occurrence rate estimated from geomagnetic observations over 30 years (2014)
  • Author(s): Nose, M.
  • Organizer: Asia Oceania Geosciences Society 11th Annual Meeting
  • Place of Presentation: 北海道・札幌
  • Year and Date: 2014-07-31 – 2014-07-31
  • Invited
• [Presentation] Swarm and Van Allen Probes conjunction observations of EMIC waves and their effects on O+ density enhancement in inner magnetosphere (2014)
  • Author(s): Nose, M., S. Nakamura, T. Iyemori, C. A. Kletzing, C. W. Smith, and R. J. MacDowall
  • Organizer: 3rd Swarm Science Meeting
  • Place of Presentation: Copenhagen, Denmark
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2914-06-19
• [Presentation] Van Allen Probes observations of oxygen torus in the inner magnetosphere (2014)
  • Author(s): Nose, M., K. Keika, C. A. Kletzing, C. W. Smith, R. J. MacDowall, W. S. Kurth, and S. De Pascuale
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • Place of Presentation: 神奈川県・横浜
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-04-28
• [Remarks] ◆ ホームページ(研究代表者)
  • URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/~nose
• [Remarks] ◆ Home Page of Substorm Swift Search
  • URL: http://s-cubed.info