木星内部磁気圏におけるプラズマ輸送過程の実証的研究

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26400476
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 土屋 史紀 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10302077)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 磁気圏 / ひさき衛星 / 木星 / イオ

Outline of Annual Research Achievements

固有磁場を持つ惑星は、例外なく惑星周辺に磁気圏と呼ばれる領域を持ち、そこでは活発なプラズマ輸送、エネルギー解放、粒子加速現象が発生している。これらの現象を駆動する物理過程は惑星により異なり、本研究では、木星を研究対象とすることにより、回転効果が卓越する磁気圏について詳細に調べ、磁気圏の普遍的な理解を目指す。
ひさき衛星が2013年12月から2014年3月に実施した木星オーロラ及びイオプラズマトーラスの極端紫外分光観測データに基づき、木星内部磁気圏におけるプラズマ・エネルギー輸送過程に関するデータ解析を実施した。データ解析では、標準天体の観測により観測データの校正を実施したのち、木星オーロラ及びイオプラズマトーラスの時間変動特性の解析を行った。解析の結果から、木星内部磁気圏におけるプラズマの加熱源として、衛星イオ近傍で発電されたエネルギーが全体の20%程度を担うことが明らかとなった。エネルギー収支の検討結果から、衛星イオを通る磁力線の根元にあたる木星電離圏で電子加速が発生し、この加速された電子が木星内部磁気圏のプラズマ加熱に寄与している事を示す結果が得られた。
また、連携研究者及び研究協力者の解析から、木星内部磁気圏のプラズマ輸送メカニズムとして、交換型不安定が重要な役割を果たしているとともに、太陽風に駆動されないトランジェントなエネルギー解放とプラズマ輸送が発生している事を示す結果が得られた。
これらの成果は、いずれも磁気圏内部に衛星イオという強いプラズマ源を持ち、且つ、回転効果が強い事が関係していると考えられ、次年度以降の研究により、更に定量的な検討と、物理過程の解明を目指す。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ひさき衛星により観測された極端紫外分光撮像データを校正し、木星内部磁気圏のプラズマ・エネルギー輸送の解析が進めることができている。研究成果は着実に挙がっており、研究協力者から2件の論文が出版されたほか、次年度当初には研究代表者からの論文が出版できる見通しである。

Strategy for Future Research Activity

ひさき衛星打ち上げ後、2回目の木星磁気圏観測シーズンが始まり、2014年11月より観測を開始している。2015年1月には、木星の内部磁気圏内でプラズマ源が増大するイベントが検出され、磁気圏内部のプラズマ源の増大に対する磁気圏の応答を調べることが可能なデータセットが得られた。これによって、回転系の磁気圏に含まれるプラズマが多くなった場合に磁気圏内のプラズマ輸送、エネルギー解放がどのように変化するかを調べることが可能となると考えている。今後もデータ解析を進めるとともに、観測結果の物理的解釈を行うためのモデルの構築を実施して区予定である。

Causes of Carryover

研究の進捗に合わせ、当初計画より成果発表旅費に助成金を割り当て、物品費を圧縮した結果、残金が発生した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度の助成金と合わせ、成果発表に係る、旅費及び論文出版費用として使用する。

Research Products

• [Journal Article] Transient internally driven aurora at Jupiter discovered by Hisaki and the Hubble Space Telescope (2015)
  • Author(s): Kimura, T., S. V. Badman, C. Tao, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, B. Bonfond, A. J. Steffl, A. Masters, S. Kasahara, H. Hasegawa, I. Yoshikawa, M. Fujimoto and J. T. Clarke
  • Journal Title: Geophys. Res. Lett. Volume: 42 Pages: 1662-1668
  • DOI: 10.1002/2015GL063272
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evidence for global electron transportation into the jovian inner magnetosphere (2014)
  • Author(s): Yoshioka, K.; Murakami, G.; Yamazaki, A.; Tsuchiya, F.; Kimura, T.; Kagitani, M.; Sakanoi, T.; Uemizu, K.; Kasaba, Y.; Yoshikawa, I.; Fujimoto, M.
  • Journal Title: Science Volume: 345 Pages: 1581-1584
  • DOI: 10.1126/science.1256259
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extreme Ultraviolet Radiation measurement for planetary atmospheres/magnetospheres from the Earth-orbiting spacecraft (Extreme Ultraviolet Spectroscope for Exospheric Dynamics: EXCEED) (2014)
  • Author(s): Yoshikawa, I., K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, M. Kagitani, T. Sakanoi, N. Terada, T. Kimura, M. Kuwabara, K. Fujiwara, T. Hamaguchi, H. Tadokoro,
  • Journal Title: Space Sci. Rev. Volume: 184 Pages: 237-258
  • DOI: 10.1007/s11214-014-0077-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Field-Of-View guiding camera on the HISAKI (SPRINT-A) satellite (2014)
  • Author(s): Yamazaki, A., F. Tsuchiya, T. Sakanoi, K. Uemizu, K. Yoshioka, G. Murakami, M. Kagitani, Y. Kasaba, I. Yoshikawa, N. Terada, T. Kimura, S. Sakai, K. Nakaya, S. Fukuda, S. Sawai
  • Journal Title: Space Sci. Rev. Volume: 184 Pages: 259-274
  • DOI: 10.1007/s11214-014-0106-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Electron heating associated with Io-plasma torus interaction (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, F., K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, M. Kagitani, A. Yamazaki, Y. Kasaba, T. Sakanoi, I. Yoshikawa and H. Nozawa
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2015
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2015-02-17
• [Presentation] 木星-衛星イオの電磁結合における電子加熱 (2015)
  • Author(s): 土屋史紀, 鍵谷将人,吉岡和夫,木村智樹,村上豪,野澤宏大,吉川一朗,山崎敦,笠羽康正,坂野井健
  • Organizer: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所'(神奈川県相模原市)
  • Year and Date: 2015-01-06
• [Presentation] Local electron heating in the Io plasma torus associated with Io: the HISAKI observation (2014)
  • Author(s): Fuminori Tsuchiya, Kazuo Yoshioka, Tomoki Kimura, Go Murakami, Masato Kagitani, Atsushi Yamazaki, Yasumasa Kasaba, Takeshi Sakanoi, Ichiro Yoshikawa and Hiromasa Nozawa
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2014-12-16
• [Presentation] Local electron heating in the Io plasma torus associated with Io observed by HISAKI (2014)
  • Author(s): 土屋 史紀,吉岡 和夫,木村 智樹,山崎 敦,村上 豪,鍵谷 将人,笠羽 康正,坂野井 健,吉川 一朗,野澤 宏大
  • Organizer: 第136回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • Place of Presentation: キッセイ文化ホール(長野県松本市)
  • Year and Date: 2014-10-31
• [Presentation] HISAKI衛星搭載極端紫外分光撮像装置で観測されたイオプラズマトーラスの空間分布と時間変動 (2014)
  • Author(s): 土屋 史紀, 吉川 一朗, 吉岡 和夫, 木村 智樹, 山崎 敦, 村上 豪, 鍵谷 将人, 寺田 直樹, 笠羽 康正, 坂野井 健
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 連合大会 2014年大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2014-05-01