多点衛星観測データ解析に基づいた磁気嵐時環電流の発達と消失に関する研究

• 研究課題/領域番号: 18740309
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 関 華奈子 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 准教授 (20345854)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2007年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2006年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
• キーワード: 環電流 / 磁気嵐 / 内部磁気圏 / プラズマ衛星観測 / Kelvin-Helmholtz不安定 / 酸素イオン

研究概要

地球磁気圏のプラズマは、太陽風と電離圏の2つの供給源を持つ。これまで観測的には、0+やHe++などの重イオンの成分比を用いることで、この2つの供給源の寄与が研究されてきた。その結果、大きな磁気嵐時には、電離圏起源である0+イオンの環電流への寄与が、劇的に増加することが指摘されている。一方、もう1つの源である太陽風からプラズマシートへのプラズマ供給については、最近の研究から、北向きの惑星間空間磁場(IMF)が長く続いた後に磁気嵐が起こる場合に、低緯度境界層(LLBL)から侵入した高密度の太陽風プラズマが、環電流発達に寄与する可能性が指摘されている。本研究では、環電流への電離圏および太陽風起源プラズマの供給過程を調べるため、プラズマ輸送を考える上で鍵となる、磁気圏子午面観測データ(FAST衛星)、および、プラズマシート観測データ(GEOTAIL衛星)について統計解析用データベースを整備し、以下の課題について重点的に研究を行った。
1.FAST衛星データを用いて環電流イオンのイオン種別の変動を調べた結果、磁気嵐時の内部磁気圏への0+イオンの供給には、太陽風動圧の変動が重要な役割を果たしていることが明らかとなった。2.更に、特徴的な分布関数形状(バンド構造)に着目し統計解析を行った結果、磁気嵐時主相には電離圏から内部磁気圏への0+イオンの直接供給が増加することが明らかとなった。3.FAST衛星によってサブストーム時に観測された広いエネルギーでの電子降下を調べた結果、この電子降下が異なる高度で加速された2つの成分から形成されていることが明らかとなった。4.北向きIMF時の太陽風侵入についてGEOTAIL衛星観測データと数値実験結果の比較を行った結果、KH不安定などによるLLBLでの乱流的な物質輸送が、濃いプラズマシート形成に重要な役割を果たしている可能性が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of solar wind variation on low-energy O+ populations in the magnetosphere during geomagnetic storms: FAST observations (2008)
  • 著者名/発表者名: 姚尭、関華奈子, 他4名
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 113(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle and field characteristics of broadband electrons observed by the FAST satellite during geomagnetic storms: A multievent study (2008)
  • 著者名/発表者名: 中島章光、塩川和夫、関華奈子, 他4名
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 113(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] The secondary instability initiated by the three-dimensional nonlinear evolution of the Kelvin-Helmholtz instability (2007)
  • 著者名/発表者名: 松本洋介、関華奈子
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 112 ページ: 062232006012114-062232006012114
  • 査読あり
• [雑誌論文] The secondary instability initiated by the three-dimensional nonlinear evolution of the Kelvin-Helmholtz instability (2007)
  • 著者名/発表者名: 松本洋介, 関華奈子
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 112(印刷中)
• [雑誌論文] Particle and field characteristics of broadband electrons observed by the FAST satellite during a geomagnetic storm (2007)
  • 著者名/発表者名: 中島章光, 塩川和夫, 関華奈子, 他3名
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 112(印刷中)
• [雑誌論文] Observation of two-distinct cold, dense ion populations at geosynchronous orbit : local time asymmetry, solar wind dependence and origin (2006)
  • 著者名/発表者名: B.Lavraud, M.F.Thomsen, S.Wing, M.Fujimoto, M.H.Denton, J.E.Borovsky, A.Aasnes, 関華奈子, 他1名
  • 雑誌名: Annales Geophysicae 24 ページ: 3451-3465