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

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26400476
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 土屋 史紀 東北大学, 理学研究科, 助教 (10302077)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ひさき衛星 / 木星 / 磁気圏 / イオ / イオプラズマトーラス / オーロラ / 極端紫外線

Outline of Annual Research Achievements

2013年9月に打ち上げられた極端紫外線分光撮像望遠鏡衛星「ひさき」は、３年間の太陽系惑星の観測を成功させた。木星周辺の宇宙空間には、衛星イオの軌道に沿って濃い電離ガス領域（イオプラズマトーラス）が存在している。これはイオの火山活動により放出されたガスが宇宙空間に流出したために形成されたものであるが、このプラズマトーラスの存在により、磁気圏で生じたプラズマの加熱現象を電離ガスからの発光によって捉えることができる。木星のオーロラは極端紫外線で強い発光を持ち、磁気圏内のエネルギー解放過程を反映している。ひさき衛星は、極端紫外線を通して木星磁気圏のエネルギー解放現象とプラズマ加熱をリモートセンシングすることができる。
本研究では、ひさき衛星の長期連続観測データを用い、イオプラズマトーラスとオーロラの時間変動特性を調べた結果、(1)イオの火山活動の変化によって木星磁気圏へのプラズマ供給量が増加すること、(1)中間・外部磁気圏へのプラズマ供給量の増加によってオーロラの活動度（磁気圏でのエネルギー解放過程）が活発化することが明らかにされた。
太陽系の固有磁場を持つ惑星には大別して２つのタイプの磁気圏がある。１つは磁気圏内のプラズマの輸送とエネルギー解放現象が太陽風により制御される、地球磁気圏に代表されるタイプ、もう一つが惑星の自転角運動量が磁気圏プラズマを駆動する木星に代表されるタイプである。自転角運動量の輸送効率が、磁気圏内部のプラズマ生成量に制御されることがこれまでの研究から予想されていたが、ひさき衛星はイオの火山活動の変化によるプラズマ生成量の変化を捉え、その影響がエネルギー解放過程の発生を制御していることを初めて観測的に明らかにした。この結果を物理的に解釈するために、Fukazawa et al. 2005,2006を用いた磁気圏グローバルシミュレーションによる検証を実施中である。

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を用いた解析研究は順調に進んでおり、その成果は学会発表、論文を通して公表されている。
観測結果を物理的に解釈するための木星磁気圏グローバルシミュレーションを、Fukazawa et al. 2005,2006を用いて開始している。これまでに、磁気圏内のエネルギー開放現象（磁気圏夜側領域でのリコネクション）により生じた高温プラズマ領域の時間発展を調べるため、プラズマのエントロピーを計算ルーチンを開発し、今後のシミュレーションデータの解析に用いる。

Strategy for Future Research Activity

これまでに実施してきたひさき衛星のデータ解析結果を論文として公表するとともに、磁気圏MHDシミュレーションによる観測結果の解釈を進める。

Causes of Carryover

ひさき衛星による木星の観測データの解析結果を元に、新しい知見を得ることができ、成果を公表するための論文執筆を進めている。解析を定量的に行うにあたり必要な観測データの校正に想定以上の時間を要し、本研究の最終年度であるH28年度中に論文の公表が困難となった。本研究で得られた成果を本研究経費（論文出版費及び成果旅費）で支出が可能となるよう、補助事業期間の期間を延長したため、次年度使用額が発生した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

本研究で得られた成果の公表（論文出版費及び成果旅費）として使用する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Lancaster University/University College London(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Lancaster University/University College London
• [Int'l Joint Research] University College London/Colorado University/JHU/APL(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University College London/Colorado University/JHU/APL
• [Int'l Joint Research] LESIA, Observatoire de Paris/IRAP/LATMOS(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: LESIA, Observatoire de Paris/IRAP/LATMOS
• [Int'l Joint Research] Université de Liège(ベルギー)
  • Country Name: BELGIUM
  • Counterpart Institution: Université de Liège
• [Journal Article] Radial variation of sulfur and oxygen ions in the Io plasma torus as deduced from remote observations by Hisaki (2017)
  • Author(s): Yoshioka, K., F. Tsuchiya, T. Kimura, M. Kagitani, G. Murakami, A. Yamazaki, M. Kuwabara, F. Suzuki, R. Hikida, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto, F. Bagenal
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 122 Pages: -
  • DOI: 10.1002/2016JA023691
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-year of observations of Jupiter’s aurora and Io plasma torus variabilities by earth orbiting extreme-ultraviolet spectroscope HISAKI (2017)
  • Author(s): Tsuchiya, F., K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, C. Tao, H. Kita, I. Yoshikawa, A. Yamazaki, Y. Kasaba
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: - Pages: -
• [Journal Article] みんなでふたたび木星へ,そして氷衛星へ その4 ~電波・プラズマ波動観測器RPWIの飛翔へ (2016)
  • Author(s): 笠羽 康正, 三澤 浩昭, 土屋 史紀, 笠原 禎也, 井町 智彦, 木村 智樹, 加藤 雄人, 熊本 篤志, 小嶋 浩嗣, 八木谷 聡, 尾崎 光紀, 石坂 圭吾, 垰 千尋, 三好 由純, 阿部 琢美, Baptiste Cecconi, 諸岡 倫子, Jan-Erik Wahlund, JUICE-RPWI日本チーム
  • Journal Title: 日本惑星科学会誌 Volume: 25 Pages: 96-107
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Properties of hot electrons in the Jovian inner magnetosphere deduced from extended observations of the Io Plasma Torus (2016)
  • Author(s): Yoshikawa, I., K. Yoshioka, G. Murakami, F. Suzuki, R. Hikida, A. Yamazaki, T. Kimura, F. Tsuchiya, M. Kagitani, T. Sakanoi, K. Uemizu, C. Tao, H. Nozawa, Y. Kasaba, and M. Fujimoto
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 43 Pages: 11552-11557
  • DOI: 10.1002/2016GL070706
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Response of Jupiter's inner magnetosphere to the solar wind derived from extreme ultraviolet monitoring of the Io plasma tours (2016)
  • Author(s): Murakami, G., K. Yoshioka, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, T. Kimura, C. Tao, H. Kita, M. Kagitani, T. Sakanoi, K. Uemizu, Y. Kasaba, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 43 Pages: 12308-12316
  • DOI: 10.1002/2016GL071675
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ひさき衛星/EXCEEDならびに地上観測による火山活動に伴うイオプラズマトーラス中の硫黄イオン温度の時間変動 (2017)
  • Author(s): 土屋史紀、古賀亮一、米田瑞生、吉岡和夫、木村智樹、村上豪、吉川一郎、山崎敦
  • 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: 大阪電気通信大学（大阪府寝屋川市）
  • Year and Date: 2017-03-08 – 2017-03-09
  • Invited
• [Presentation] Three Years of Observations of Jupiter’s Aurora and Io Plasma Torus Variabilities by Earth Orbiting Extreme-Ultraviolet Spectroscope HISAKI (2017)
  • Author(s): Tsuchiya, F., K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, C. Tao, H. Kita, I. Yoshikawa, A. Yamazaki, Y. Kasaba
  • Organizer: The International Conference Frontiers in Theoretical and Applied Physics (FTAPS 2017)
  • Place of Presentation: ドバイ（アラブ首長国連邦）
  • Year and Date: 2017-02-20 – 2017-02-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ひさき衛星 3年間の科学成果と今後の観測計画 (2017)
  • Author(s): 土屋史紀, 山崎 敦, 吉岡和夫, 村上 豪, 木村智樹, 垰 千尋, 益永 圭,北 元,寺田直樹, 笠羽康正, 桑原正輝, 奈良 佑亮, 吉川一朗, ひさきサイエンスチーム
  • Organizer: 宇宙科学シンポジウム
• [Presentation] 衛星イオの火山活動と 磁気圏へのガス散逸 (2017)
  • Author(s): 土屋史紀, 米田瑞生, 古賀亮一, ひさきサイエンスチーム
  • Organizer: 第５回衛星系研究会：冥王星系の起源
• [Presentation] ひさき衛星による木星オーロラ・プラズマトーラスの極端紫外線観測 (2016)
  • Author(s): 土屋史紀、木村智樹、垰千尋、吉岡和夫、田所裕康、鍵谷将人、村上豪、山崎敦、吉川一朗、ひさきサイエンスチーム
  • Organizer: 「プラズマ科学における分光計測の高度化と原子分子過程研究の新展開」「原子分子データ応用フォーラムセミナー」合同研究会
  • Place of Presentation: 核融合研究所(岐阜県土岐市）
  • Year and Date: 2016-12-20 – 2016-12-22
  • Invited
• [Presentation] Io’s volcanic influence on the Jovian magnetosphere: Observational evidence from the HISAKI observation (2016)
  • Author(s): Tsuchiya, F., M. Kagitani, M. Yoneda, R. Koga, T. Kimura, K, Yoshioka, G. Murakami, C. Tao, H. Misawa, A. Yamazaki, I. Yoshikawa, Y. Kasaba, T. Sakanoi, and HISAKI science team
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Place of Presentation: サンフランシスコ（アメリカ）
  • Year and Date: 2016-12-12 – 2016-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Change in radial distribution of Io plasma torus and Jupiter's aurora activity during Io's volcanic active period in 2015 (2016)
  • Author(s): Tsuchiya, F. M. Kagitani, M. Yoneda, T. Kimura, K. Yoshioka, G. Murakami, C. Tao, H. Misawa, A. Yamazaki, I. Yoshikawa, Y. Kasaba, T. Sakanoi
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第140回総会・講演会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2016-11-20 – 2016-11-23
• [Presentation] Io's volcanic influence on the Jovian magnetosphere: HISAKI observation (2016)
  • Author(s): Tsuchiya, F., K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, M. Yoneda, R. Koga, M. Kagitani, H. Nozawa, C. Tao, H. Misawa, T. Sakanoi, Y. Kasaba, A. Yamazaki, I. Yoshikawa
  • Organizer: JPGU 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-22
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] The influence of Io on Jupiter's Magnetosphere
  • URL: http://www.issibern.ch/teams/iojupitermagnet/
• [Remarks] Sakura project Joint research France and Japan
  • URL: http://c.gp.tohoku.ac.jp/sakura/
• [Remarks] 木星を取り囲む高温のプラズマリング
  • URL: http://www.sci.tohoku.ac.jp/news/20160512-7885.html