ジオスペース可視化への挑戦: ジオスペースX線撮像シミュレーション

• 研究課題/領域番号: 20K20945
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 三好 由純 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (10377781)
• 研究分担者: 松本 洋介 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (20397475) ; 江副 祐一郎 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (90462663)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: ジオスペース可視化 / X線 / 太陽風磁気圏相互作用 / シミュレーション / ジオスペース撮像

研究開始時の研究の概要

地球周辺の宇宙空間であるジオスペースは、太陽風と地球磁場との相互作用によって形成されており、磁気圏や電離圏などのプラズマ領域から構成されている。従来、ジオスペースは人工衛星の「その場」での観測によって研究が進められてきた。しかし、他の天体とは異なり、ジオスペースを可視化するための手段が知られていなかったため、ジオスペースの全体像を可視化することは不可能と考えられてきた。本研究では、この不可能と考えられてきたジオスペースの可視化に挑戦し、X線によってジオスペースの可視化を実現する可能性を追求し、その定量的な評価と将来のジオスペース撮像衛星計画に向けたシミュレーションを行う。

研究成果の概要

本研究は、太陽風と地球磁気圏の相互作用によるジオスペースの可視化を目的として、磁気圏グローバルMHDシミュレーションとジオコロナモデルとを組み合わせて、軟X線放射の計算を行った。シミュレーションの結果、磁気昼側磁気圏シース領域やカスプ領域の可視化が可能である、太陽風のプラズマベータの状況に応じて昼側での磁気再結合の可視化の可能性が示され、太陽風のプラズマベータの状況に応じて、昼側での磁気再結合の可視化の可能性が示されるとともに、X線放射の季節依存性の存在を明らかにした。これにより、将来の人工衛星によるジオスペース観測戦略に重要な示唆が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の意義は、磁気圏グローバルMHDシミュレーションとジオコロナモデルを組み合わせた軟X線放射の計算により、ジオスペースの可視化が可能であることを実証した点である。特に、昼側磁気圏シース領域やカスプ領域のX線放射を詳細に解析し、磁気再結合の可視化の可能性とX線放射の季節依存性を明らかにした。これらの成果が将来の人工衛星によるジオスペース観測戦略の立案に貢献するとともに、太陽風磁気圏相互作用及び宇宙天気予報の理解に寄与することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Ground-based and additional science support for SMILE (2024)
  • 著者名/発表者名: Carter, J.A., M. Dunlop, C. Forsyth, K. Oksavik, E. Donovon, T. Sergienko, R.C. Fear, D.G. Sibeck, M. Connors, T. Yeoman, X. Tan, M.G. G.T. Taylor, R. Barnes, D. D. Billet, G. Chisham, A. Dimmock, M. P. Freeman, M. K. James, L. Juusola, K. Kauristie, E. A. Kronberg, M. Lester, Y. Miyoshi, et al.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Physics 巻: 8 号: 1 ページ: 275-298
  • DOI: 10.26464/epp2023055
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GEOspace X-ray imager (GEO-X) (2023)
  • 著者名/発表者名: Ezoe Y、Funase R、Nagata H、Miyoshi Y、Nakajima H、Mitsuishi I、Ishikawa K、Numazawa M、Kawabata Y、Nakajima S、Fuse R、Boden R C.、Kamps L、Yoneyama T、Hagino K、他
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 9 号: 03 ページ: 016001-016001
  • DOI: 10.1117/1.jatis.9.3.034006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Soft X‐Ray Imaging of Magnetopause Reconnection Outflows Under Low Plasma Beta Solar Wind Conditions (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Yosuke、Miyoshi Yoshizumi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 号: 19
  • DOI: 10.1029/2022gl101037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GEO-X (GEOspace x-ray imager) (2022)
  • 著者名/発表者名: Ezoe Yuichiro、Funase Ryu、Nagata Harunori、Miyoshi Yoshizumi、Nakajima Hiroshi、Mitsuishi Ikuyuki、Ishikawa Kumi、Kawabata Yosuke、Nakajima Shintaro、Kamps Landon、Numazawa Masaki、Yoneyama Tomokage、Hagino Kouichi、Matsumoto Yosuke、Hosokawa Keisuke、Kasahara Satoshi
  • 雑誌名: SPIE 巻: 12181 ページ: 1218124-1218124
  • DOI: 10.1117/12.2629107
  • 査読あり
• [雑誌論文] GEO-X (GEOspace x-ray imager) (2020)
  • 著者名/発表者名: Ezoe Yuichiro, Funase Ryu, Nagata Harunori, Miyoshi Yoshizumi, et al.
  • 雑誌名: SPIE 巻: 11444 ページ: 1144428-1144428
  • DOI: 10.1117/12.2560780
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Soft X-ray Imaging of the Earth's High-latitude Reconnection Region Und er Northward Interplanetary Magnetic Fields (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Momose, Y. Matsumoto, and Y. Miyoshi
  • 学会等名: AOGS 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical modeling of soft X-ray emission around the magnetosphere under various solar wind conditions (2022)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Matsumoto and Yoshizumi Miyoshi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022
  • 国際学会
• [学会発表] Soft-X ray emissions from Geospace: Possible science objectives of GEO-X (2021)
  • 著者名/発表者名: 三好 由純、松本 洋介、江副 祐一郎
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] GEO-Xミッションに向けた磁気圏グローバルMHDシミュレーションモデルの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松本洋介、三好由純
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会