ダストストーム及び大気波動が火星の大気流出へ果たす役割の解明

• 研究課題/領域番号: 21K20387
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0204:天文学、地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 益永 圭 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, 宇宙航空プロジェクト研究員 (60909521)
• 研究期間 (年度): 2021-08-30 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 火星 / 超高層大気 / 大気流出 / ダストストーム / 大気波動 / 電離圏 / 外気圏 / MAVEN / ひさき

研究開始時の研究の概要

火星からの大気流出機構を理解するためには、太陽風の影響だけでなく、下層大気からの影響を調べることも必須である。本研究は宇宙望遠鏡や複数の火星探査機の観測データを用い、ダストストームや大気波動が火星超高層大気成分の総量、分布、流出量へ及ぼす影響を調べ、ダストストーム及び大気波動が火星の大気流出へ果たす役割を解明する。

研究成果の概要

火星上層大気からは、大気成分が宇宙空間へ流出している。従来、大気流出は太陽風や太陽放射という宇宙からの影響を強く受けると考えられてきたが、近年は下層大気で発生する現象にも強く影響を受けることが指摘されている。本研究ではその効果を調べるため、火星でダストストームや大気波動が発生した期間の観測データを多角的に解析した。その結果、火星の熱圏・外気圏の水素原子や酸素原子の総量がダストストームや大気波動の影響を強く受けて周期的に変化することを発見した。また、電離圏のイオンの密度も同様に周期変動することも観測的に示した。このことから、火星の大気流出は下層大気からの影響を強く受けて時間変動すると考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、火星の大気流出が従来の太陽風や太陽放射の影響だけでなく、下層大気の現象からも強い影響を受けることを観測的に示した点で学術的に重要である。具体的には、ダストストームや大気波動が火星の熱圏・外気圏の水素原子や酸素原子の総量、電離圏のイオン密度に周期的な変動を引き起こすことを発見し、火星大気のダイナミクスや宇宙への大気流出の理解を深めた。この知見は将来の火星探査や有人火星ミッションにおける環境予測や設計に役立つ可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] University of California Berkeley/West Virginia University/University of Colorado Boulder(米国)
• [雑誌論文] On the Periodic Variation of the Ion Density in the Martian Dayside Ionosphere During the Regional Dust Storm in September 2016 (2024)
  • 著者名/発表者名: Hara Takuya、Masunaga Kei、Terada Naoki、Sakai Shotaro、Osanai Taiga、Seki Kanako、Fowler Christopher M.、Hanley Kathleen Gwen、McFadden James P.、Curry Shannon M.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 129 号: 4
  • DOI: 10.1029/2023ja031848
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Alternate oscillations of Martian hydrogen and oxygen upper atmospheres during a major dust storm (2022)
  • 著者名/発表者名: Kei Masunaga, Naoki Terada, Nao Yoshida, Yuki Nakamura, Takeshi Kuroda, Kazuo Yoshioka, Yudai Suzuki, Hiromu Nakagawa, Tomoki Kimura, Fuminori Tsuchiya, Go Murakami, Atsushi Yamazaki, Tomohiro Usui, and Ichiro Yoshikawa
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 6609-6609
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34224-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] BepiColombo mission confirms stagnation region of Venus and reveals its large extend (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Persson, et al. (incl. K. Masunaga)
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 7743-7743
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35061-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reflectivity of Venus’ dayside disk during the 2020 observation campaign: outcomes and future perspectives (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. J. Lee, A. Garca Muoz, A. Yamazaki, E. Qumerais, S. Mottola, S. Hellmich, T. Granzer, G. Bergond, M. Roth, E. Gallego-Cano, J.-Y. Chaufray, R. Robidel, G. Murakami, K. Masunaga, and et al.
  • 雑誌名: The Planetary Science Journal 巻: 3 号: 9 ページ: 209-209
  • DOI: 10.3847/psj/ac84d1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In situ observations of solar-flare-induced proton cyclotron waves upstream from Mars (2022)
  • 著者名/発表者名: Lin, H., J. Guo, K. Masunaga, K. Seki, C. Mazelle, D. Zhao, H. Huang, J. Zhao, and L. Liu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 934 号: 2 ページ: 183-183
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac7d4f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Seasonal and Dust‐Related Variations in the Dayside Thermospheric and Ionospheric Compositions of Mars Observed by MAVEN/NGIMS (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Nao、Terada Naoki、Nakagawa Hiromu、Brain David A.、Sakai Shotaro、Nakamura Yuki、Benna Mehdi、Masunaga Kei
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 126 号: 11
  • DOI: 10.1029/2021je006926
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Hisaki space telescope observations of the large oscillations of Martian hydrogen and oxygen upper atmospheres (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Masunaga, N. Terada, N. Yoshida, Y. Nakamura, T. Kuroda, K. Yoshioka, Y. Suzuki, H. Nakagawa, T. Kimura, F. Tsuchiya, G. Murakami, A. Yamazaki, T. Usui, and I. Yoshikawa
  • 学会等名: EGU General Assembly 2023
  • 国際学会
• [学会発表] On the periodic variation of the ion density in the Martian dayside ionosphere during the regional dust storm (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hara, K. Masunaga, N. Terada, S. Sakai, T. Osanai, K. Seki, C. M. Fowler, K. G. Hanley, J. P. McFadden, and S. M. Curry
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] LAPYUTAによる地球型惑星上層大気観測の科学検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 益永圭、堺正太朗、青木翔平、土屋史紀、村上豪、山崎敦、木村智樹、鍵谷将人、古賀亮一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] 惑星科学、生命圏科学、および天文学に向けた紫外線宇宙望遠鏡(LAPYUTA)計画と系外惑星観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 土屋史紀、村上豪、山崎敦、亀田真吾、中山陽史、生駒大洋、桑原正輝、成田 憲保、小玉 貴則、寺田直樹、鳥海森、野津湧太、行方宏介、木村智樹、垰千尋、古賀亮一、木村淳、大内正己、田中雅臣、益永圭、堺正太朗、吉岡和夫、鍵谷将人、塩谷圭吾
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] Mars's atmospheric escape and its interaction with Martian moons (2023)
  • 著者名/発表者名: Kei Masunaga
  • 学会等名: The 82nd Fujihara Seminar
  • 国際学会
• [学会発表] Hisaki space telescope observations of the large oscillations of Martian hydrogen and oxygen upper atmospheres (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Masunaga, N. Terada, N. Yoshida, Y. Nakamura, T. Kuroda, H. Nakagawa, K. Yoshioka, Y. Suzuki, T. Kimura, F. Tsuchiya, G. Murakami, A. Yamazaki, T. Usui, and I. Yoshikawa
  • 学会等名: EGU General Assembly 2023
  • 国際学会
• [学会発表] MAVEN/STATICの観測に基づくダストストーム期間の火星超高層イオン密度変動の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長内大河、益永圭、寺田直樹、堺正太朗、吉田奈央、原拓也
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] MAVEN/STATICの観測に基づくダストストーム期間の火星電離圏イオン密度の周期変動の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長内大河、益永圭、原拓也、寺田直樹、堺正太朗、吉田奈央
  • 学会等名: 第152回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] MAVEN/STATICの観測に基づくダストストーム期間の火星超高層イオン密度変動の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長内 大河、益永 圭、堺 正太朗、吉田 奈央、寺田 直樹、原 拓也
  • 学会等名: 第23回 惑星圏研究会
• [学会発表] Alternate oscillations of Martian hydrogen and oxygen upper atmospheres during a major dust storm: Hisaki space telescope observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Kei Masunaga
  • 学会等名: MAVEN PSG meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 火星ダストストーム発達中における水素および酸素大気光の周期変動 (2021)
  • 著者名/発表者名: 益永 圭、寺田 直樹、吉田 奈央、黒田 剛史、吉岡 和夫、木村 智樹、土屋 史紀、村上 豪、山崎 敦、吉川 一朗
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [備考] 「ひさき」衛星が観た砂嵐による火星上層大気の変化 ー火星生命環境への示唆―
  • URL: https://www.isas.jaxa.jp/topics/003307.html