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

2015 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: ひさき衛星 / 衛星イオ / 木星磁気圏 / イオプラズマトーラス / 火山 / 電子加熱

Outline of Annual Research Achievements

固有磁場を持つ天体は、例外なくその周囲に磁気圏と呼ばれる領域を形成し、その中では活発なプラズマ輸送、エネルギー開放、粒子加速現象が発生している。一方、これらの現象の駆動過程は、それぞれの天体が持つ固有の特徴（自転速度、磁場強度、プラズマ源）に影響される。本研究では、太陽系惑星の中では最も自転効果の強い木星磁気圏を対象とし、その磁気圏の特徴をひさき衛星による観測を中心に調査することによって、磁気圏の普遍的な理解を目指す。
ひさき衛星が2014年に観測したデータを用いて、木星磁気圏の主要なプラズマ源である衛星イオと木星磁気圏との相互作用の結果発生する電子加熱現象について、その特徴をひさき衛星による極端紫外線分光観測から詳細に調べ、イオの下流域において数100GWの電子加熱が発生していることを明らかにした。この結果は英文学術誌に投稿され、受理されている。
2015年には、ひさき衛星による木星磁気圏観測中に衛星イオ上で火山活動が一時的に活発となったことが地上の協調観測から明らかとなった。ひさき衛星の観測からは、木星内部磁気圏のプラズマ量の増大と、その後、磁気圏内のエネルギー開放現象の頻度と規模の増大が検出された。これは、回転系磁気圏でのエネルギー開放に、磁気圏内部のプラズマ源の大きさが寄与していることを示す初めての観測結果である。地上協調観測の解析結果は、英文学術誌に投稿され、受理されている。ひさき衛星の観測結果は投稿準備中である。
ひさき衛星により発見された上述の現象を定量的に検証するために、グローバルMHDシミュレーションを用いた連携解析をスタートさせた。今後解析を進め、本研究計画期間中に成果を挙げる予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ひさき衛星の観測データは順調に解析が進み、その結果が学術論文に受理されている。データ解析に加えて数値シミュレーションを用いた連携解析がスタートし、当初の研究計画に沿って研究を進めることができている。

Strategy for Future Research Activity

2015年には、ひさき衛星による木星磁気圏観測中に衛星イオ上で火山活動が一時的に活発り、この時にひさき衛星の観測から、木星内部磁気圏のプラズマ量の増大と、磁気圏内のエネルギー開放現象の頻度と規模の増大が検出された。今後は、このデータの詳細解析（プラズマの空間構造の時間発展）を進めることによって、回転系磁気圏でのエネルギー開放に、磁気圏内部のプラズマ源の大きさがどのように寄与しているかを明らかにする。
ひさき衛星による観測は、内部磁気圏のプラズマ分布と、オーロラ空間積分強度の時間変化であり、内部磁気圏とオーロラ発生領域である外部磁気圏の間をつなぐ物質及びエネルギーの輸送を調べるには、グローバルMHDシミュレーションを用いた連携解析が有効である。今後は、MHDシミュレーションデータの解析も進め、木星磁気圏でのエネルギー開放現象の発動機構を解明を目指す。

Causes of Carryover

航空券の早期予約など、予算を効率よく執行した結果、次年度使用額が発生した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

最終年度の成果発表旅費、論文投稿費として活用する。

Research Products

• [Journal Article] Weakening of Jupiter’s main auroral emissionduring January 2014 (2016)
  • Author(s): Badman, S. V., B. Bonfond, M. Fujimoto, R.L. Gray, Y. Kasaba, S. Kasahara, T. Kimura,H. Melin, J. D. Nichols, A.J. Steffl, C. Tao, F. Tsuchiya, A. Yamazaki, M. Yoneda, I. Yoshikawa, and K. Yoshioka
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 43 Pages: 988-997
  • DOI: 10.1002/2015GL067366
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Local electron heating in the Io plasma torus associated with Io from HISAKI satellite observation (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, F., M. Kagitani, K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, A. Yamazaki, H. Nozawa, Y. Kasaba, T. Sakanoi, K. Uemizu, I. Yoshikawa
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 120 Pages: 10317-10333
  • DOI: 10.1002/2015JA021420
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Brightening event seen in observations of Jupiter’s extended sodium nebula (2015)
  • Author(s): Yoneda, M., M. Kagitani, F. Tsuchiya, T. Sakanoi, S. Okano
  • Journal Title: ICARUS Volume: 261 Pages: 31-33
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2015.07.037
  • Peer Reviewed
• [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] Variation of Jupiter's Aurora Observed by Hisaki/EXCEED: 2. Estimations of Auroral Parameters and Magnetospheric Dynamics (2015)
  • Author(s): Tao, C., T. Kimura, S. V. Badman, G. Murakami, K. Yoshioka, F. Tsuchiya, N. André, I. Yoshikawa, A. Yamazaki, M. Fujimoto
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1002/2015JA021272
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Jupiter's X-ray and EUV auroras monitored by Chandra, XMM-Newton, and Hisaki satellite (2015)
  • Author(s): Kimura, T., R. Kraft, R. Elsner, G. Branduardi-Raymont, R. Gladstone, C. Tao, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, M. F. Vogt, A. Masters, H. Hasegawa, S. V. Badman, E. Roediger, Y. Ezoe, I. Yoshikawa, M. Fujimoto, and S. S. Murray
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 212 Pages: -
  • DOI: 10.1002/2015JA021893
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 衛星イオからのイオン散逸とイオ下流域での電子加熱 -ひさき衛星観測- (2016)
  • Author(s): 土屋史紀、米田瑞生、古賀亮一、吉岡和夫、木村智樹、村上豪、野澤博正、鍵谷将人、坂野井健、笠羽康正、吉川一朗
  • Organizer: 太陽惑星系宇宙プラズマ中の重イオンに関する研究集会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋市)
  • Year and Date: 2016-01-27 – 2016-01-28
  • Invited
• [Presentation] Io's volcanic influence on the Io plasma torus: HISAKI observation in 2015 (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, F., K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, M. Yoneda, R. Koga, M. Kagitani, T. Sakanoi, Y. Kasaba, A. Yamazaki, I. Yoshikawa
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Place of Presentation: San Francisco(Moscone center), USA
  • Year and Date: 2015-12-14 – 2015-12-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Local electron heating around Io observed by HISAKI/EXCEED (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, F., M. Kagitani, K. Yoshioka, H. Nozawa, T. Kimura, G. Murakami, A. Yamazaki, Y. Kasaba, T. Sakanoi, I. Yoshikawa
  • Organizer: AOGS2015
  • Place of Presentation: シンガポール(SUNTEC), シンガポール
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ひさき衛星がとらえた 衛星イオの火山活動変動 (2015)
  • Author(s): 土屋史紀,鍵谷将人,米田瑞生,古賀亮一,坂野井健, 笠羽康正, 吉岡和夫,木村智樹, 村上豪, 山崎敦, 吉川一朗
  • Organizer: 衛星系研究会2015：衛星系系と噴火現象
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌市)
  • Year and Date: 2015-07-21 – 2015-07-22
  • Invited
• [Presentation] Local electron heating in the Io plasma torus associated with Io observed by the HISAKI satellite (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, F., M. Kagitani, K. Yoshioka, H. Nozawa, T. Kimura , G. Murakami, A. Yamazaki, Y. Kasaba, T. Sakano, I. Yoshikawa
  • Organizer: Magnetospheres of outer planets 2015
  • Place of Presentation: Atlanta(Georgia Tech Global Learning Center), USA
  • Year and Date: 2015-06-01 – 2015-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Local electron heating around Io observed by the HISAKI satellite (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, F., M. Kagitani, K. Yoshioka,H. Nozawa, T. Kimura, G. Murakami, A. Yamazaki, Y. Kasaba, T. Sakanoi, I. Yoshikawa
  • Organizer: JPGU 2015
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉市）
  • Year and Date: 2015-05-24 – 2015-05-28
  • Int'l Joint Research