| Project/Area Number |
21H04520
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小嶋 浩嗣 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (10215254)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 泰信 国立極地研究所, 先端研究推進系, 教授 (00362210)
加藤 雄人 東北大学, 理学研究科, 教授 (60378982)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥41,210,000 (Direct Cost: ¥31,700,000、Indirect Cost: ¥9,510,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,870,000 (Direct Cost: ¥9,900,000、Indirect Cost: ¥2,970,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,870,000 (Direct Cost: ¥9,900,000、Indirect Cost: ¥2,970,000)
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| Keywords | イオンの垂直加速 / 電離大気流出 / 計算機シミュレーション / EISCAT / 波動粒子相互作用 / ロケット実験 / レーダー観測 / イオンの垂直加熱 / 波動・粒子相互作用 / プラズマ波動 / ASIC / EISCATレーダー / 電界センサー / 極域電離大気流出 / イオン垂直加速 / イオン上昇流 |
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| Outline of Research at the Start |
地球の極域上空からは、電離した大気が宇宙空間に流出している。宇宙空間に電離大気が流出するためには地球の重力圏から離脱するエネルギーをイオンがもつことが必要で、そのエネルギー源としてプラズマ波動が有力である。これは、極域上空においてプラズマ波動の観測とイオンの加速現象が同時にみられることが多いからである。しかし、プラズマ波動の励起メカニズム、プラズマ波動がイオンを加速するメカニズムは不明のままである。本研究では、ロケット実験、計算機シミュレーション、地上レーダー観測を組み合わせて、イオンにエネルギーを与えているプラズマ波動の励起メカニズムと、それがイオンを加速するメカニズムについて明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
・極域におけるイオン流出にかかわるイオン垂直加熱に対する波動粒子相互作用を直接観測することを目的としたSS-520-3ロケットに11月成功した。プラズマ波動・粒子の同時観測によるデータを取得することができた他、地上のEISCATレーダーからのグローバル同時観測にも成功した。取得したデータ解析により、プラズマ波動のactivityの捕捉が確認され詳細解析にはいった。
・テスト粒子シミュレーションコードの極域モデルへの拡張に取り組み、従来はホイッスラーモードのみを対象としていたシミュレーションコードを、分散性アルフベン波を含むイオンサイクロトロン周波数以下の低周波波動まで取り扱うことができるように拡張した。テスト粒子計算の初期条件として与えるプラズマ波動の波長や位相速度を決定するために必要となる、極域電磁圏における飛翔体観測結果の整理を進めた。
・EISCATレーダーとあらせ衛星との共同観測データに基づく電離圏分子イオン上昇流の詳細解析を実施し、その発生機構の主要因を特定すると共に、分子イオンが解離再結合に打ち克って上部電離圏にまで上昇する可能性を示した。その研究成果を学術雑誌に掲載した。さらに、磁気嵐時の分子イオン上昇流の特徴を統計的に解明するために必要となる、過去20年間分のEISCATレーダーデータの重点整備を行った。
・波動-粒子相互作用を解析する際に必要となる電界センサーの定量性を計算機シミュレーションにより明らかにするモデルを構築し、プラズマパラメータに依存したセンサーインピーダンスの周波数変化を明らかにすることができた。また、小型プラズマ波動観測器用のチップ設計を行い、より広い周波数帯域までカバーするようなチップのデザインを行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
SS-520-3ロケット実験が、予定通りに打ち上げられデータを取得することができた。今後のデータ解析が待たれる。また、イオン加速モデルを明らかにする計算機シミュレーションとそのインプットとなるデータ解析、EISCATレーダーと科学衛星との共同観測による上昇イオンの詳細解析など、当初の予定通りに進んでいる。加速エネルギーをあたえる短波長のプラズマ波動に対する較正を正確に行うための計算機シミュレーションモデルも予定通りの組み込みができて詳細な解析モデルへと発展させることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年のSS-520-3では、プラズマ波動・粒子ともに、データを得ることができた。この最新データを解析した情報は、計算機シミュレーションのモデルに対してインプットととなり、理論計算を進める上で重要な情報となる。ロケット実験で観測されたプラズマ波動の位相速度などをもとに、波動モードの特定にまで観測から到達できる可能性もあり、今後、その方針で進めていくことで、成果が期待できる。一方で、建設中のEISCAT_3Dに対するデータ処理手法の開発についても今後、中心研究活動の一つとして、進めていく。小型プラズマ波動観測用チップについては、動作の安静性を高めた設計を行っていき、将来的なミッションで使用可能なチップを目指していく。
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