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多階層連結シミュレータによる磁気圏高エネルギー粒子の輸送と加速過程の解明

研究課題

研究課題/領域番号 14J05103
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 超高層物理学
研究機関京都大学

研究代表者

中山 洋平  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード大規模シミュレーション / 並列コンピューティング / オーロラ爆発 / 宇宙天気 / 多階層連結シミュレーション / サブストーム / 高エネルギー粒子観測 / グローバルMHDシミュレーション / テスト粒子シミュレーション / イオン加速輸送問題
研究実績の概要

地球は固有磁場(地磁気)を有しており、地球磁気圏を形成している。太陽表面の爆発などによってサブストームに代表される電磁擾乱現象が発生すると、地球磁気圏内の高エネルギー粒子が急激に増加し地球を取り囲むように流れる電流(リングカレント)が増大する。この擾乱時のリングカレントの増大は地磁気を大きく乱し、地上インフラに悪影響を与えることから、その増大を模擬、理解することが求められている。本研究の目的はリングカレントを構成している粒子の内、特にサブストーム発生に対する影響が大きい重イオンの酸素イオンに着目し、その加速、輸送を計算機上で再現することでサブストーム発生時の高エネルギー酸素イオンの増大メカニズムを解明することである。採用三年目である本年度は酸素イオンの起源である電離圏から内部磁気圏へ至るまでのグローバルな領域での加速・輸送を包括的にシミュレーションで再現し、サブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の解明に取り組んだ。開発した大規模シミュレーションは衛星観測で散見される磁気圏尾部における突発的な非断熱加速と電離圏からの直接供給両方の再現に成功した。またシミュレーション結果の解析により高エネルギー酸素イオンの増加には磁気圏尾部における突発的な非断熱加速の寄与が大きく、約95%以上の高エネルギー酸素イオンはこの加速過程によって生成され内部磁気圏高エネルギー酸素イオン群を形成していることを明らかにした。これは未解明であったサブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の様相を明らかにした学術意義の高いものであり、開発したシミュレーションコードは様々な磁気圏研究への応用が期待される。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] Johns Hopkins University/NASA Goddard Space Flight Center (米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Impact of substorm-time O+ outflow on ring current enhancement2017

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, M. -C. Fok and T. Tanaka
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: -

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Void structure of O+ ions in the inner magnetosphere observed by the Van Allen Probes2016

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, S. Ohtani, M. Gkioulidou, K. Takahashi, L. M. Kistler, and T. Tanaka
    • 雑誌名

      J. Geophys. Res. Space Phys.

      巻: 121 号: 12 ページ: 11698-11713

    • DOI

      10.1002/2016ja023013

    • NAID

      120007187512

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Generation of large-amplitude electric field and subsequent enhancement of O+ ion flux in the inner magnetosphere during substorms2015

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, and T. Takashi
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: 120 号: 6 ページ: 4825-4840

    • DOI

      10.1002/2015ja021240

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation of substorm-time acceleration of oxygen ions on azimuthally directed magnetic field lines in the near-Earth plasma sheet2014

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, and T. Takashi
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: 119 号: 8 ページ: 6167-6176

    • DOI

      10.1002/2014ja019858

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] The impact of the substorm-time O+ outflow on ring current enhancement2016

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, M. -C. Fok and T. Tanaka
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 発表場所
      USA, San Francisco
    • 年月日
      2016-12-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Void structure of O+ ions observed by the Van Allen Probes in the inner magnetosphere2016

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, S. Ohtani, M. Gkioulidou, K. Takahashi, L. M. Kistler, and T. Tanaka
    • 学会等名
      Japan Geophysical Union Meeting
    • 発表場所
      日本、千葉
    • 年月日
      2016-05-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Generation mechanism of L-value dependence of oxygen flux enhancements during substorms2015

    • 著者名/発表者名
      Yohei Nakayama, Yusuke Ebihara, Takashi Tanaka, Shinichi Ohtani, Matina Gkioulidou, Kazue Tanahashi, Lynn Kistler, Craig Kletzing
    • 学会等名
      AGU fall meeting
    • 発表場所
      サンフランシスコ, アメリカ合衆国
    • 年月日
      2015-12-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rapid enhancement of energetic oxygen ions in the inner magnetosphere during substorms2014

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, and T. Takashi
    • 学会等名
      American Geophysical Union fall meeting
    • 発表場所
      サンフランシスコ, アメリカ合衆国
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Rapid enhancement of oxygen ion flux in the inner magnetosphere during substorms2014

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, and T. Takashi
    • 学会等名
      12th International Conference on Substorms
    • 発表場所
      三重県
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Rapid enhancement of energetic oxygen ions in the inner magnetosphere during substorms2014

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, and T. Takashi
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      長野県
    • 年月日
      2014-10-31 – 2014-11-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Ion’s acceleration and anisotropy during the substorms2014

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, and T. Takashi
    • 学会等名
      International Union of Radio Science
    • 発表場所
      北京, 中国
    • 年月日
      2014-08-16 – 2014-08-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Oxygen ion acceleration and transport in the near-earth plasma sheet during the substorms2014

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, and T. Takashi
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society
    • 発表場所
      北海道
    • 年月日
      2014-07-27 – 2014-08-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Oxygen ion acceleration and transport in the near-Earth plasma sheet during an isolated substorm2014

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Y. Ebihara, and T. Takashi
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合
    • 発表場所
      神奈川県
    • 年月日
      2014-04-28 – 2014-05-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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