日米最新の人工衛星を使った、木星磁気圏を駆動する物質とエネルギー輸送に関する研究

• 研究課題/領域番号: 17H02965
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉川 一朗 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (10311169)
• 研究分担者: 藤本 正樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30242811) ; 土屋 史紀 東北大学, 理学研究科, 助教 (10302077)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2018年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2017年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: 惑星探査 / 外惑星 / オーロラ / 磁気圏 / プラズマ / 衛星大気 / 衛星イオ / 木星 / 外惑星磁気圏 / イオプラズマトーラス / 極端紫外光 / ひさき / 小型衛星 / ＥＵＶ / EUV / 外惑星プラズマ / ひさき衛星 / 木星磁気圏 / 極端紫外線 / 外惑星探査 / 宇宙プラズマ / 外惑星火山活動 / ジュノ衛星 / イオトーラス / リモートセンシング / 宇宙空間

研究成果の概要

地球と同じく強い固有磁場を持つ木星について研究した。木星の周辺にも磁気圏と呼ばれる領域が存在し、その中を木星の月（イオ衛星）がある。衛星イオには火山活動があり、火山から噴出したガスがイオンになることで、土星の輪のようなトーラスを形成している。そして、この火山の影響により、木星の自転周期が変わったり、木星から遠く離れた領域（木星半径の１０－３０倍程度の距離だけ、反太陽方向に離れた領域）から運ばれてくる電子の量が増えることが分かった。いずれも、前世紀から研究者が、その成否や存在を疑っていたことである。これらの結果は、日本と米国の人工衛星（ひさきとジュノ）のデータを総合的に解析することにより導いた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

最近の高等学校の理科（地学）の教科書に記述されている外惑星に関する項目は博物学的なものでしかなく、物理としては面白くない。今回の我々の成果は、単純な力学に置き換え理解することもでき、物理を得意とする高校生が、将来、宇宙科学や惑星科学を目指すきっかけとなる解りやすい惑星物理学の例を提示した。
日本の宇宙惑星科学が欧米に引けを取ることなく存在感を維持するためには、日本の得意技術の精悦化にあることを証明した結果である。

研究成果

• [国際共同研究] NASA/サウスウェスト研究所(米国)
• [国際共同研究] International Space Institute(スイス)
• [国際共同研究] ベルギー大学(ベルギー)
• [国際共同研究] CNRS LATMOS(フランス)
• [国際共同研究] Lancaster University(英国)
• [国際共同研究] Colorado university/JPL/Southwest research institute(米国)
• [国際共同研究] Lancaster University(英国)
• [国際共同研究] LATMOS(CNRS)(フランス)
• [国際共同研究] ベルギー大学(ベルギー)
• [国際共同研究] マカオ大学/香港大学(中国)
• [国際共同研究] Southwest Research Institute/コロラド大学/Smithsonian Astrophysical Observatory(米国)
• [国際共同研究] LATMOS(フランス)
• [国際共同研究] Lancaster University/University College London(英国)
• [国際共同研究] University of Liege(ベルギー)
• [雑誌論文] Spatially Asymmetric Increase in Hot Electron Fraction in the Io Plasma Torus During Volcanically Active Period Revealed by Observations by Hisaki/EXCEED From November 2014 to May 2015 (2020)
  • 著者名/発表者名: Hikida R.、Yoshioka K.、Tsuchiya F.、Kagitani M.、Kimura T.、Bagenal F.、Schneider N.、Murakami G.、Yamazaki A.、Kita H.、Nerney E.、Yoshikawa I.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 125 号: 3 ページ: 333-336
  • DOI: 10.1029/2019ja027100
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Jovian UV Aurora's Response to the Solar Wind: Hisaki EXCEED and Juno Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Kita H.、Kimura T.、Tao C.、Tsuchiya F.、Murakami G.、Yamazaki A.、Yoshioka K.、Ebert R.W.、Wilson R.J.、Allegrini F.、Clark G.、Connerney J. E. P.、Gladstone G. R.、Yoshikawa I.、Fujimoto M.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 124 号: 12 ページ: 10209-10218
  • DOI: 10.1029/2019ja026997
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transient Change of Io's Neutral Oxygen Cloud and Plasma Torus Observed by Hisaki (2019)
  • 著者名/発表者名: Koga Ryoichi、Tsuchiya Fuminori、Kagitani Masato、Sakanoi Takeshi、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: 124 号: 12 ページ: 10318-10331
  • DOI: 10.1029/2019ja026877
  • 査読あり / オープンアクセス / 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] 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] 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] 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] 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] 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] 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: Yoshikawa et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69 ページ: 11-17
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Radial variation of sulfur and oxygen ions in the Io plasma torus as deduced from remote observations by Hisaki, Journal of Geophysical Research (2017)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 122 号: 3 ページ: 2999-3012
  • DOI: 10.1002/2016ja023691
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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
• [学会発表] Identifying the energy supply process for the Io plasma torus during the sudden brightening events. (2019)
  • 著者名/発表者名: S.Nishimura, F.Suzuki, K.Yoshioka, R.Hikida, G.Murakami, F.Tsuchiya, T.Kimura, and I.Yoshikawa
  • 学会等名: MOP conference
  • 国際学会
• [学会発表] Revealing the energy source for the IPT by measuring the duration of the sudden IPT brightenings (2019)
  • 著者名/発表者名: S.Nishimura, F.Suzuki, K.Yoshioka, R.Hikida, G.Murakami, F.Tsuchiya, T.Kimura, and I.Yoshikawa
  • 学会等名: AGU fall meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The radial transport of plasmas around Jupiter’s inner magnetosphere with response to Io’s volcanic activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka, K., F. Tsuchiya, M. Kagitani, T. Kimura, G. Murakami, D. Fukuyama, R. Hikida, F. Suzuki, A. Yamazaki, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto
  • 学会等名: AGU Fall meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The influence of Io’s volcanic activity in 2015 on Jupiter’s magnetospheric dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: ：Yoshioka, K., F. Tsuchiya, M. Kagitani, T. Kimura, G. Murakami, D. Fukuyama, R. Hikida, F. Suzuki, A. Yamazaki, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto
  • 学会等名: MOP conference
  • 国際学会
• [学会発表] Study on the dawn-dusk asymmetry of Jupiter's radiation belt using radio interferometer and Hisaki (2019)
  • 著者名/発表者名: Kita, Hajime; Misawa, Hiroaki; Bhardwaj, Anil; Tsuchiya, Fuminori; Murakami, Go; Tao, Chihiro; Kimura, Tomoki; Yoshioka, Kazuo; Yamazaki, Atsushi; Yoshikawa, Ichiro; Fujimoto, Masaki
  • 学会等名: EPSC-DPS Joint Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Plasma and energy transport in Jupiter’s inner magnetosphere as deduced from Hisaki observation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka, K., F., Tsuchiya, M. Kagitani, T. Kimura, G. Murakami, I. Yoshikawa, A. Yamazaki, R. Hikida, and M. Fujimoto
  • 学会等名: MOP meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 木星磁気圏の光学観測データに対するLassoを利用した変動周期のスパース推定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木文晴, 吉岡和夫, 吉川一朗
  • 学会等名: 「STE現象報告会」「MTI 研究集会」「IUGONET 研究集会」「宇宙空間からの地球超高層大気観測に関する研究会」「科学とデータ研究集会」合同研究集会
• [学会発表] Atomic oxygen densities and source rate in Io's neutral cloud derived from the Hisaki observation (2018)
  • 著者名/発表者名: Koga, R., Tsuchiya, F., Kagitani, M., Sakanoi, T., Yoshikawa, I., Yoshioka, K., Murakami, G., Yamazaki, A., Kimura, T., Smith, H. T.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial Distribution of Io's Neutral Oxygen Cloud During Volcanically Quiet and Active Periods in 2014-2015 (2018)
  • 著者名/発表者名: Koga, R., Tsuchiya, F., Kagitani, M., Sakanoi, T., Kimura, T., Yoshikawa, I., Yoshioka, K., Yamazaki, A., Murakami, G., Smith, H. T.
  • 学会等名: Conference on Magnetospheres of the Outer Planets 2018
  • 国際学会
• [学会発表] ひさきとALMAの観測によるイオ大気生成・散逸過程の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 古賀亮一, 坂野井健, 鈴木達也, 平原靖大, 土屋史紀, 鍵谷将人, 木村智樹, 吉川一朗, 吉岡和夫, 村上豪, 山崎敦
  • 学会等名: ALMA Workshop Connecting Solar System and Protoplanetary Disks with ALMA
• [学会発表] Effect of plasma density around Io on local electron heating in the Io plasma torus (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya et al.
  • 学会等名: American Geophysical Union, Fall Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] he Extreme Ultraviolet spectrometer on bard the Hisaki satellite (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka et al.
  • 学会等名: American Geophysical Union, Fall Meeting 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] The influence of Io on Jupiter's Magnetosphere
  • URL: https://www.issibern.ch/teams/iojupitermagnet/
• [学会・シンポジウム開催] ISSI (International Space Science Institute) International Teams (2017)