宇宙望遠鏡と探査機の連携観測による回転磁気圏のエネルギー解放・輸送過程の解明

• 研究課題/領域番号: 16K17812
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 東北大学 (2018); 国立研究開発法人理化学研究所 (2016-2017)
• 研究代表者: 木村 智樹 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50578804)
• 研究協力者: 垰 千尋 NICT ; Badman Sarah Lancaster University ; 吉岡 和夫 東京大学 ; 村上 豪 ; 山崎 敦 JAXA
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 木星 / 磁気圏 / エネルギー開放 / オーロラ / ひさき / ハッブル宇宙望遠鏡 / ジュノー探査機 / エネルギー輸送 / エネルギー解放・輸送 / プラズマ / 回転磁気圏

研究成果の概要

本研究では、数10MeVに至る高エネルギー粒子加速を駆動する、木星磁気圏の自励的な電磁エネルギーの解放と輸送過程の解明を最終目的とする。本研究は、惑星分光観測衛星「ひさき」、ハッブル宇宙望遠鏡、ジュノー探査機による緊密な連携観測を初めて実施し、木星の高速自転と衛星イオのプラズマ供給が自励的に駆動する、内部駆動型の突発的オーロラ増光の時空間変動を捉えることに成功した。この時空間変動から、高速で回転する木星磁気圏内に蓄積された木星の自転や磁場のエネルギーが、１自転以内に急速に開放され、木星方向に急速に輸送される過程を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で明らかになったエネルギー開放・輸送過程は、中性子星磁気圏など他の回転磁化天体が形成する磁気圏にも普遍的に存在する可能性がある。本研究で得られた知見を他天体に応用すれば、直接探査が不可能な天体における宇宙環境の理解などに寄与する。

研究成果

• [国際共同研究] リエージュ大学(ベルギー)
• [国際共同研究] コロラド大学/ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所/サウスウェスト研究所(米国)
• [国際共同研究] ユニバーシティーカレッジロンドン(英国)
• [国際共同研究] コロラド大学ボルダー校/ジョンズホプキンス大学応用物理研究所/アラスカ大学フェアバンクス校(米国)
• [国際共同研究] ランカスター大学/レスター大学(英国)
• [国際共同研究] リエージュ大学(ベルギー)
• [雑誌論文] Azimuthal variation in the Io plasma torus observed by the Hisaki satellite from 2013 to 2016 (2019)
  • 著者名/発表者名: F. Tsuchiya, R. Arakawa, H. Misawa, M. Kagitani, R. Koga, F. Suzuki, R. Hikida, K. Yoshioka, A. Steffl, F. Bagenal, P. Delamere, T. Kimura, Y. Kasaba, G. Murakami, I. Yoshikawa, A. Yamazaki
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: in press 号: 5 ページ: 3236-3254
  • DOI: 10.1029/2018ja026038
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Short-term Variation in the Dawn?Dusk Asymmetry of the Jovian Radiation Belt Obtained from GMRT and Hisaki EXCEED Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Kita H.、Misawa H.、Bhardwaj A.、Tsuchiya F.、Murakami G.、Tao C.、Kimura T.、Yoshioka K.、Yamazaki A.、Kasaba Y.、Yoshikawa I.、Fujimoto M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 872 号: 2 ページ: L24-L24
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab0427
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of ground pipeline system for high-level scientific data products of the Hisaki satellite mission and its application to planetary space weather (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimura Tomoki、Yamazaki Atsushi、Yoshioka Kazuo、Murakami Go、Tsuchiya Fuminori、Kita Hajime、Tao Chihiro、Yoshikawa Ichiro、Kumamoto Atsushi、Yamauchi Chisato
  • 雑誌名: Journal of Space Weather and Space Climate 巻: 9 ページ: A8-A8
  • DOI: 10.1051/swsc/2019005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Corotation of Bright Features in the Io Plasma Torus (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki F.、Yoshioka K.、Hikida R.、Murakami G.、Tsuchiya F.、Kimura T.、Yoshikawa I.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 123 号: 11 ページ: 9420-9429
  • DOI: 10.1029/2018ja025363
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Small satellites with MEMS x-ray telescopes for x-ray astronomy and solar system exploration (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Ezoe, Yoshizumi Miyoshi, Satoshi Kasahara, Tomoki Kimura, Kumi Ishikawa, Masaki Fujimoto, Kazuhisa Mitsuda, Hironori Sahara, Naoki Isobe, Hiroshi Nakajima, Takaya Ohashi, Haruki Nagata, Ryu Funase, Munetaka Ueno, Graziella Branduardi-Raymont
  • 雑誌名: Proc. SPIE 10699, Space Telescopes and Instrumentation 2018: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: 106990V ページ: 30-30
  • DOI: 10.1117/12.2311422
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Influence of Io's 2015 Volcanic Activity on Jupiter's Magnetospheric Dynamics (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka K.、Tsuchiya F.、Kagitani M.、Kimura T.、Murakami G.、Fukuyama D.、Yamazaki A.、Yoshikawa I.、Fujimoto M.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 号: 19
  • DOI: 10.1029/2018gl079264
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Precipitating electron energy flux and characteristic energies in Jupiter's main auroral region as measured by Juno/JEDI (2018)
  • 著者名/発表者名: Clark, G., C. Tao, B. Mauk, J. Nichols, J. Saur, E. Bunce, F. Allegrini ,R. Gladstone, F. Bagenal, S. Bolton, B. Bonfond, J. Connerney, R. Ebert, D. Gershman, D. Haggerty, T. Kimura, P. Kollmann, S. Kotsiaros, W. Kurs, S. Levin, D. McComas, G. Murakami, C. Paranicas, A. Rymer, P. Valek
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 123 号: 9 ページ: 7554-7567
  • DOI: 10.1029/2018ja025639
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancement of the Jovian Magnetospheric Plasma Circulation Caused by the Change in Plasma Supply From the Satellite Io (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya F.、Yoshioka K.、Kimura T.、Koga R.、Murakami G.、Yamazaki A.、Kagitani M.、Tao C.、Suzuki F.、Hikida R.、Yoshikawa I.、Kasaba Y.、Kita H.、Misawa H.、Sakanoi T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 123 号: 8 ページ: 6514-6532
  • DOI: 10.1029/2018ja025316
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of Extreme Ultraviolet Emission Lines of the Io Plasma Torus Observed by Hisaki/EXCEED (2018)
  • 著者名/発表者名: Hikida R.、Yoshioka K.、Murakami G.、Kimura T.、Tsuchiya F.、Yamazaki A.、Yoshikawa I.、Iwagami N.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 123 号: 7 ページ: 1723-1731
  • DOI: 10.1029/2018je005629
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial Distribution of Io's Neutral Oxygen Cloud Observed by Hisaki (2018)
  • 著者名/発表者名: Koga Ryoichi、Tsuchiya Fuminori、Kagitani Masato、Sakanoi Takeshi、Yoneda Mizuki、Yoshioka Kazuo、Yoshikawa Ichiro、Kimura Tomoki、Murakami Go、Yamazaki Atsushi、Smith H. Todd、Bagenal Fran
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 123 号: 5 ページ: 3764-3776
  • DOI: 10.1029/2018ja025328
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Response of Jupiter's Aurora to Plasma Mass Loading Rate Monitored by the Hisaki Satellite During Volcanic Eruptions at Io (2018)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 123 号: 3 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1002/2017ja025029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Jupiter's aurora observed with HST during Juno orbits 3 to 7 (2018)
  • 著者名/発表者名: Denis, G., Bonfond, B., Yao, Z., G_rard, J.-C., Radioti, A., Dumont, M. B. Palmaerts, A. Adriani, S. V. Badman, E. J. Bunce, J. T. Clarke, J. E. P. Connerney, G. R. Gladstone, T. Greathouse, T. Kimura, W. S. Kurth, B. H. Mauk, D. J. McComas, J. D. Nichols, G. S. Orton, L. Roth, J. Saur, P. Valek
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 123 号: 5 ページ: 3299-3319
  • DOI: 10.1002/2017ja025046
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variation of Jupiter's Aurora Observed by Hisaki/EXCEED: 3. Volcanic Control of Jupiter's Aurora (2018)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 号: 1 ページ: 71-79
  • DOI: 10.1002/2017gl075814
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The time variation of atomic oxygen emission around Io during a volcanic event observed with Hisaki/EXCEED (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Koga, Fuminori Tsuchiya, Masato Kagitani, Takeshi Sakanoi, Mizuki Yoneda, Kazuo Yoshioka, Tomoki Kimura, Go Murakami, Atsushi Yamazaki, Ichiro Yoshikawa, H Todd Smith
  • 雑誌名: Icarus 巻: 299 ページ: 300-307
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2017.07.024
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Extreme Ultraviolet Spectra of Venusian Airglow Observed by EXCEED (2017)
  • 著者名/発表者名: Nara, Yusuke, Ichiro Yoshikawa, Kazuo Yoshioka, Go Murakami, Tomoki Kimura, Atsushi Yamazaki, Fuminori Tsuchiya, Masaki Kuwabara, Naomoto Iwagami
  • 雑誌名: Icarus 巻: in press ページ: 207-215
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2017.10.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] SOFTWARE-TYPE WAVE-PARTICLE INTERACTION ANALYZER (SWPIA) BY RPWI FOR JUICE: SCIENCE OBJECTIVES AND IMPLEMENTATION (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Katoh, H. Kojima, K. Asamura, Y. Kasaba, F. Tsuchiya, Y. Kasahara, T. Imachi, H. Misawa, A. Kumamoto, S. Yagitani, K. Ishisaka, T. Kimura, M. Hikishima, Y. Miyoshi, M. Shoji, M. Kitahara, O. Santolik, Jan Bergman, Walter Puccio, Reine Gill, Martin Weiser, Walter Schmidt , Stas Barabash, and J.-E. Wahlund
  • 雑誌名: Proceeding of 8th Planetary Radio Emission Conference 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] A FLUX COMPARISON OF NORTHERN AND SOUTHERN SATURN'S KILOMETRIC RADIO BURSTS DURING SOUTHERN SUMMER (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Kasaba, T. Kimura, D. Maruno, A. Morioka, B. Cecconi, L. Lamy, C. M. Jackman, H. Misawa, T. Tsuchiya, A. Kumamoto
  • 雑誌名: Proceeding of 8th Planetary Radio Emission Conference 巻: in press
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Volcanic activity on Io and its influence on the dynamics of the Jovian magnetosphere observed by EXCEED/Hisaki in 2015 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Yoshikawa, Fumiharu Suzuki, Reina Hikida, Kazuo Yoshioka, Go Murakami, Fuminori Tsuchiya, Chihiro Tao, Atsushi Yamazaki, Tomoki Kimura, Hajime Kita, Hiromasa Nozawa and Masaki Fujimoto
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69 号: 1 ページ: 110-121
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0700-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Response of Jupiter's auroras to conditions in the interplanetary medium as measured by the Hubble Space Telescope and Juno (2017)
  • 著者名/発表者名: J. D. Nichols, S. V. Badman, F. Bagenal, S. J. Bolton, B. Bonfond, E. J. Bunce, J. T., Clarke, J. E. P. Connerney, S.W. H. Cowley, R. W. Ebert, M. Fujimoto, J.-C. G_rard, G. R. Gladstone, D. Grodent, T. Kimura, et al.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 44 号: 15 ページ: 7643-7652
  • DOI: 10.1002/2017gl073029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transient brightening of Jupiter’s aurora observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during approach phase of the Juno spacecraft (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki 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
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 44 号: 10 ページ: 4523-4531
  • DOI: 10.1002/2017gl072912
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dawn-dusk difference of periodic oxygen EUV dayglow variations at Venus observed by Hisaki (2017)
  • 著者名/発表者名: Masunaga, K., K. Seki, N. Terada, F. Tsuchiya, T. Kimura, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, C. Tao, F. Leblanc, and I. Yoshikawa
  • 雑誌名: Icarus 巻: 印刷中 ページ: 102-110
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2016.12.027
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Response of Jupiter's Aurora to Plasma Mass Loading Rate Monitored by the Hisaki Satellite During Volcanic Eruptions at Io (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura, J. D. Nichols, R. L. Gray, C. Tao, G. Murakami, A. Yamazaki, S. V. Badman, F. Tsuchiya, K. Yoshioka, H. Kita, et al.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Icy Moon’s Interior Uncovered by Modeling of Space Weather with Laboratory Experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村智樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] ひさき衛星による木星磁気圏観測とグローバルMHDシミュレーションの連携解析の概要 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村智樹
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第 142 回総会・講演会
• [学会発表] Response of Jupiter's Aurora to Plasma Mass Loading Rate Monitored by the Hisaki Satellite During Volcanic Eruptions at Io (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura, J. D. Nichols, R. L. Gray, C. Tao, G. Murakami, A. Yamazaki, S. V. Badman, F. Tsuchiya, K. Yoshioka, H. Kita, et al.
  • 学会等名: Magnetospheres of Outer Planets 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of Icy Moon’s Interior and Surface Uncovered by Laboratory Experiment: Modeling of Plasma Space Weathering by Ion Irradiation (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村智樹
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第 142 回総会・講演会
• [学会発表] 木星のオーロラ爆発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木村智樹
  • 学会等名: 磁気リコネクション・粒子加速勉強会
  • 招待講演
• [学会発表] Transient brightening of Jupiter's aurora observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during approach phase of the Juno spacecraft (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura, J. D. Nichols, R. L. Gray, C. Tao, G. Murakami, A. Yamazaki, S. V. Badman, F. Tsuchiya, K. Yoshioka, H. Kita, et al.
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall meeting 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi-wavelength observations of Jupiter's aurora during Juno’s cruise phase, Planetary Space Weather Meeting (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura
  • 学会等名: Planetary Space Weather Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Virtual Observatory Database for Hisaki (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura
  • 学会等名: Planetary Space Weather Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transient brightening of Jupiter’s aurora observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during approach phase of the Juno spacecraft (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura
  • 学会等名: National Astronomical Observatory of Japan Solar Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transient brightening of Jupiter’s aurora observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during approach phase of the Juno spacecraft (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura
  • 学会等名: Magnetospheres of Outer Planets 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Status report of Hisaki meta-database development (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura
  • 学会等名: JSPS Sakura project meeting,
  • 国際学会
• [学会発表] Transient brightening of Jupiter’s aurora observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during approach phase of the Juno spacecraft (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura, J. D. Nichols, R. L. Gray, C. Tao, G. Murakami, A. Yamazaki, S. V. Badman, F. Tsuchiya, K. Yoshioka, H. Kita, et al.
  • 学会等名: International Space Science Institute
  • 国際学会
• [学会発表] Transient brightening of Jupiter’s aurora observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during approach phase of the Juno spacecraft (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura, J. D. Nichols, R. L. Gray, C. Tao, G. Murakami, A. Yamazaki, S. V. Badman, F. Tsuchiya, K. Yoshioka, H. Kita, et al.
  • 学会等名: European Planetary Science Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Auroral explosion at Jupiter observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during approaching phase of the Juno spacecraft (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura, J. D. Nichols, R. L. Gray, C. Tao, G. Murakami, A. Yamazaki, S. V. Badman, F. Tsuchiya, K. Yoshioka, H. Kita, et al.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 巨大惑星磁気圏研究の現状と将来展望 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村智樹
  • 学会等名: 第19回惑星圏研究会
  • 招待講演
• [学会発表] リモートセンシングと探査機その場観測の連携で取り組む回転惑星磁気圏のリコネクションと粒子加速 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村智樹
  • 学会等名: 磁気リコネクション・粒子加速勉強会
  • 招待講演
• [学会発表] Brightening of Jupiter's aurora observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during Juno's approach phase (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村智樹, 垰千尋, 村上豪, 山崎敦,土屋史紀, 吉岡和夫, 北元, 吉川一朗, 藤本正樹
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第 142 回総会・講演会
• [学会発表] ひさき衛星による木星磁気圏観測とグローバルMHDシミュレーションの連携解析の概要 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村 智樹, 深沢 圭一郎, 村上 豪, 北 元, 垰 千尋, 土屋 史紀
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第 142 回総会・講演会
• [学会発表] Response of tail reconnection and energetic event to plasma mass loading monitored by Hisaki (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura, Kazuo Yoshioka, Fuminori Tsuchiya, Yasutaka Hiraki, Chihiro Tao, Go Murakami, Atsushi Yamazaki, Masaki Fujimoto, Sarah Victoria Badman, Peter A Delamere, Fran Bagenal
  • 学会等名: NASA Participating Scientist Program meeting for Hisaki/EXCEED
  • 発表場所: 米国コロラド州ボウルダー
  • 国際学会
• [学会発表] Response of Jupiter's Aurora to Plasma Mass Loading Rate Monitored by the Hisaki Satellite During Io’s Volcanic Event (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kimura, Kazuo Yoshioka, Fuminori Tsuchiya, Yasutaka Hiraki, Chihiro Tao, Go Murakami, Atsushi Yamazaki, Masaki Fujimoto, Sarah Victoria Badman, Peter A Delamere, Fran Bagenal
  • 学会等名: AGU Fall meeting 2016
  • 発表場所: 米国サンフランシスコ
  • 国際学会
• [学会発表] ひさき衛星によるオーロラとプラズマ供給率の連続監視で明らかにする木星サブストームライクイベントの動力学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木村 智樹, 吉岡 和夫, 土屋 史紀, 平木 康隆,垰 千尋, 北 元, 村上 豪, 山崎 敦, 藤本 正樹
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第 138 回総会・講演会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス（福岡県福岡市）
  • 国際学会
• [備考] 木星オーロラの爆発的増光観測に成功－「ひさき」「ハッブル」「ジュノー」の国際連携による成果－
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2017/20170523_1/