| 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 / イオン加熱 / プラズマ波動 / EISCATレーダー / ASIC / 電界センサー / イオンの垂直加熱 / 波動・粒子相互作用 / EISACATレーダー / ロケット実験 / レーダー観測 / 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 |
課題1「ロケット・レーダー統合観測」SS-520-3ロケット実験において、プラズマ波動観測器で観測されていた電界スペクトルから、低周波ノイズの影響除去を行い、インターフェロメトリ計測の精度を向上させた。そして、イオン熱速度と同程度の位相速度が算出され、プラズマ波動の分散に照らして、妥当な結果であることを示した。
課題2「計算機シミュレーションによるイオンの磁場垂直加速プロセスのモデル化」電離圏から磁気圏に至る磁力線上のプラズマ密度分布について、境界条件として与える速度分布関数を厳密に満たすモデルを開発して学術誌に公表した。極域電離圏における磁場強度の空間非一様性が荷電粒子の運動に及ぼす影響についてテスト粒子シミュレーションを行い、ミラー力が荷電粒子-中性大気衝突率の高度分布に与える影響を明らかにして、学術誌に公表した。
課題3「地上レーダーによるイオン上昇流マクロ物理量観測」2025年度に運用開始を目指している EISCAT_3D レーダーの大容量データを格納するためのサーバーシステム構築を進め、その性能テストを現行 EISCATレーダーのデータセットを用いて実施した。また、磁気嵐時の分子イオン上昇流の統計解析をまとめた論文を学術雑誌に再投稿した。
課題4「極域衛星観測シミュレータ」計算機シミューレション領域内に設置した電界センサーにより、ラングミューア波を計測させ、そこから、実際の衛星観測と同様のやり方で、衛星とモノポールセンサー間電位差変動を求め、ラングミュア波の位相速度を算出した。そして算出される位相差が、モノポールセンサーの長さとラングミュア波の波長との関係に依存することを示した。また、小型プラズマ波動観測器専用チップの開発では、インターフェロメトリを実現するために、精度を高めた計装アンプの実現を行った他、広帯域アンプの改良を行いダイナミックレンジの拡大をはかった。
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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ロケット実験で得られたインターフェロメトリによるプラズマ波動位相速度の算出結果が、プラズマ分散とconsistentなものであり、これは、従来の観測結果を大きく発展させた結果となった。そして、位相速度の算出精度を、計算機シミュレーションのモデル計算と組み合わせてさらに高めることも可能となり、更なる研究成果が見込まれる。
・磁力線上に電離圏と磁気圏を接続させる際の、速度分布に関する精密な境界条件モデルの構築に成功したため、計算機シミューレションによる領域間カップリングの解明に大きく近づいた。
・EISCAT_3Dの稼働に向けたデータ解析システムの構築を、順調に進めることができた。
・計算機シミュレーションによりインターフェロメトリ計測をシミュレートできるようになり、インターフェロメトリ計測の精度を評価・補正できる可能性が見いだせた。プラズマ波動観測器用小型チップの性能についても向上させることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方策について、当初の予定より大きく変化させなければならない、事象は発生しておらず、このまま研究を続行できる。
・SS-520-3の観測データから、プラズマ波動と低エネルギーイオンとの相関解析をすすめ、プラズマ波動がイオンの垂直加速に影響をあたえるイベントについて、集中的に解析を行う。
・シミュレーションについては、不均一磁場中のプラズマ粒子の挙動をひきつづきテスト粒子で追跡しつつ、モデル化したプラズマ波動との相互作用について、モデル化を進める。
・EISCAT_3Dについては、稼働のための観測準備・解析準備を続行する。また、現状のEISCAT観測データについては、長期にわたる観測結果の統計解析をすすめる。
・衛星観測のシミュレータに関して、インターフェロメトリ計測結果に対する衛星の本体、電界センサーの長さと波長との関係などに関するシミュレーションを繰り返し、実際の観測で得られる位相速度と真の位相速度との差を評価・補正する手法を構築していく。小型プラズマ波動チップとしては、システムとして組み込んでいくための安定したチップの性能を保証していく。
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