Transport of plasma mass and energy in the Jovian inner magnetosphere

2017 Fiscal Year Annual Research 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: 木星 / 磁気圏 / イオ / ひさき

Outline of Annual Research Achievements

固有磁場を持つ天体は周囲に磁気圏を形成し、その中では活発なプラズマ輸送・加速現象が出現している。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（自転角速度、固有磁場強度、磁気圏プラズマ源など）に強く影響される。本研究では、太陽系惑星の中では最も自転効果とプラズマ源の効果が強く出現する木星磁気圏を研究対象とし、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。
本研究では、まず、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を調査した。イオの下流域において数100GWの電子加熱が発生し、内部磁気圏での電子加熱の10-20%を担っていることが明らかとなった。
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。ひさき衛星の観測からは、火山活動の活発化に伴い、木星内部磁気圏のプラズマ量が増大し、その後、磁気圏内のエネルギー開放現象の頻度と規模が増大したことが検出された。これは、木星のような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。衛星イオの火山活動の活発化により、(1)イオ起源の二酸化硫黄ガスの解離により生じる酸素原子量が増大した事、(2)原子のイオン化に伴い、内部磁気圏のプラズマ量が増大した事、(3)プラズマが磁気圏外側の領域に徐々に輸送され、これがオーロラ活動を活発化させた事、(4)オーロラ活動の活発化とともに、磁気圏内で解放されたエネルギーは急速に内部磁気圏に輸送され、内部磁気圏のプラズマ加熱を引き起こすこと、が明らかとなり、5本の英文学術論文にまとめられた(内、4本が受理・出版済み、1本が査読中である)。

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] Colorado University/JHU/APL(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Colorado University/JHU/APL
• [Int'l Joint Research] LESIA, Observatoir de Paris/IRAP/LATMOS(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: LESIA, Observatoir de Paris/IRAP/LATMOS
• [Int'l Joint Research] University of Liege(ベルギー)
  • Country Name: BELGIUM
  • Counterpart Institution: University of Liege
• [Journal Article] Response of Jupiter's Aurora to Plasma Mass Loading Rate Monitored by the Hisaki Satellite During Volcanic Eruptions at Io (2018)
  • Author(s): T. Kimura, Y. Hiraki, C. Tao, F. Tsuchiya, P. A. Delamere, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, H. Kita, S. V. Badman, K. Fukazawa, I. Yoshikawa, M. Fujimoto
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 123 Pages: -
  • DOI: 10.1002/2017JA025029
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The time variation of atomic oxygen emission around Io during a volcanic event observed with Hisaki/EXCEED (2018)
  • Author(s): Koga, R., Tsuchiya, F., Kagitani, M., Sakanoi, T., Yoneda, M., Yoshioka, K., Kimura, T., Murakami, G., Yamazaki, A., Yoshikawa, I., Smith, H. T.
  • Journal Title: ICARUS Volume: 299 Pages: 300-307
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2017.07.024
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Variation of Jupiter's Aurora Observed by Hisaki/EXCEED: 3. Volcanic Control of Jupiter's Aurora (2018)
  • Author(s): Tao, C., Kimura, T., Tsuchiya, F., Muirakami, G., Yoshioka, K., Yamazaki, A., S. V.. Badman, Misawa, H., Kita, H., Kasaba, Y., Yoshikawa, I., Fujimoto, M.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Pages: 71-79
  • DOI: 10.1002/2017GL075814
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Volcanic activity on Io and its influence on the dynamics of Jovian magnetosphere, observed by EXCEED/Hisaki in 2014 (2017)
  • Author(s): Ichiro Yoshikawa, Fumiharu Suzuki, Reina Hikida, Kazuo Yoshioka, Go Murakami, Fuminori Tsuchiya, Chihiro Tao, Atsushi Yamazaki, Tomoki Kimura, Masaki Fujimoto
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 69:110 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0700-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Auroral explosion at Jupiter observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during approaching phase of the Juno spacecraft (2017)
  • Author(s): T. Kimura, J. D. Nichols, R. L. Gray, C. Tao, G. Murakami, A. Yamazaki, S. V. Badman, F. Tsuchiya, K. Yoshioka, H. Kita, D. Grodent, G. Clark, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 44 Pages: 4523-4531
  • DOI: 10.1002/2017GL072912
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [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): F Tsuchiya, K Yoshioka, T Kimura, G Murakami, C Tao, H Kita, I Yoshikawa, A Yamazaki, Y Kasaba
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 869 Pages: -
  • DOI: 10.1088/1742-6596/869/1/012069
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Planetary plasma and atmospheres explored by space missions in Japan: Hisaki, Akatsuki, and beyond (2017)
  • Author(s): Kasaba, Y., T Imamura, F Tsuchiya, N Terada, Y Miyoshi, Y Kasai and Y Saito
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 869 Pages: -
  • DOI: 10.1088/1742-6596/869/1/012094
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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
• [Presentation] Io and magntospheric plasma interaction derived from the HISAKI observation (2018)
  • Author(s): 土屋史紀, 吉岡和夫, 鍵谷将人, 木村智樹, 村上豪, 山崎敦, 三澤浩昭, 笠羽康正, 吉川一朗, 坂野井健, 古賀亮一, 荒川崚, 鈴木文晴, 疋田伶奈
  • Organizer: 第18回宇宙科学シンポジウムプログラム
• [Presentation] 衛星イオに支配される木星磁気圏のプラズマ環境 (2018)
  • Author(s): F. Tsuchiya, K. Yoshioka, T. Kimura, R. Koga, G. Murakami, A. Yamazaki, M. Kagitani, C. Tao, F. Suzuki, R. Hikida, I. Yoshikawa, Y. Kasaba, H. Kita, H. Misawa, and T. Sakanoi
  • Organizer: 第19回惑星圏研究会
• [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] Io-related electron heating in the Io plasma torus: Emission model (2017)
  • Author(s): F. Tsuchiya, and HISAKI science team
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2017
• [Presentation] THREE YEARS OF OBSERVATINS OF JUPITER’S AURORA AND IO PLASMA TORUS VARIABILITIES BY EARTH ORBITING EXTREME-ULTRAVIOLET SPECTROSCOPE HISAKI (2017)
  • Author(s): Fuminori Tsuchiya, Kazuo Yoshioka, Tomoki Kimura, Go Murakami, Chihiro Tao, Hajime Kita, Ichiro Yoshikawa, Atsushi Yamazaki, Yasumasa Kasaba
  • Organizer: The International Conference Frontiers in Theoretical and Applied Physics (FTAPS 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 衛星イオから木星磁気圏へのプラズマ供給過程 (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
  • Invited
• [Presentation] Three-year of observations of Jupiter’s aurora and Io plasma torusvariabilities by extreme-ultraviolet spectroscope HISAKI and futuredirections (2017)
  • Author(s): Fuminori Tsuchiya, Kazuo Yoshioka, Tomoki Kimura, Go Murakami, Chihiro Tao, Masato Kagitani, Mizuki Yoneda, Ryoichi Koga, Hajime Kita1, Ichiro Yoshikawa, Atsushi Yamazaki, Yasumasa Kasaba
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Enhancement of Jovian magnetospheric plasma circulation dueto mass supply change from the satellite Io (2017)
  • Author(s): Fuminori Tsuchiya, Tomoki Kimura, Kazuo Yoshioka, Mizuki Yoneda, Ryoichi Koga, Masato Kagitani, Go Murakami, Chihiro Tao, Hiroaki Misawa, Atsushi Yamazaki, Ichiro Yoshikawa, Yasumasa Kasaba, and HISAKI science team
  • Organizer: Magnetospheres of outer planets 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Io-related electron heating in the Io plasma torus:effect of local plasma density around Io (2017)
  • Author(s): 土屋史紀, 吉岡和夫, 鍵谷将人, 木村智樹, 村上豪, 山崎敦, 三澤浩昭, 笠羽康正,吉川一朗, 坂野井健, 古賀亮一, 荒川崚, 鈴木文晴, 疋田伶奈
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第142 回総会・講演会
• [Presentation] Effect of plasma density around Io on local electron heating in the Io plasma torus (2017)
  • Author(s): Fuminori Tsuchiya, Kazuo Yoshioka, Masato Kagitani, Tomoki Kimura, Go Murakami, AtsushiYamazaki, Hiroaki Misawa, Yasumasa Kasaba, Ichiro Yoshikawa, Takeshi Sakanoi, Ryoichi Koga, Arakawa Ryo, Fumiharu Suzuki and Reina Hikida
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] JSPS Sakura project
  • URL: http://c.gp.tohoku.ac.jp/sakura/
• [Remarks] The influence of Io on Jupiter's Magnetosphere
  • URL: http://www.issibern.ch/teams/iojupitermagnet/
• [Remarks] Welcome to DARTS/Hisaki
  • URL: https://darts.isas.jaxa.jp/stp/hisaki/
• [Remarks] ISASニュース特集：惑星分光観測衛星「ひさき」
  • URL: http://www.isas.jaxa.jp/feature/special_issues/hisaki/
• [Remarks] 木星を取り囲む高温のプラズマリング ～惑星分光観測衛星「ひさき」がイオからの大気流出と加熱現象～
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2016/05/award20160512-01.html