衛星観測と計算機実験による地球磁気圏におけるイオン-波動-電子結合系の物理-磁気圏物理学の新展開

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12304026
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松本 紘 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 教授 (00026139)
• 研究分担者: 小嶋 浩嗣 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 助教授 (10215254) ; 大村 喜治 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 教授 (50177002) ; 橋本 弘藏 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 教授 (80026369) ; 笠羽 康正 京都大学, 宇宙化学研究所, 助手 (10295529) ; 臼井 英之 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 助教授 (10243081)
• キーワード: 計算機実験 / 宇宙プラズマ / 科学衛星観測 / プラズマ波動 / 波動-粒子相互作用 / 非線形現象 / 複数衛星観測 / プラズマ波動観測機

研究概要

平成13年度は、平成12年度に製作したデジタル型のプラズマ波動観測機のデジタル部を、ひとつのFPGAの中に組み込むことができるかどうかを具体的なシミュレータを使いながら、検討に入った。、また、将来の複数衛星観測において、電子-波動-イオン結合系を議論する際に重要な観測手法となる、「波動一粒子相関計」(Wave-Particle Correlator)の設計を行った。この相関計は国外の衛星では用いられることが多いがわが国ではこれまでに使われたことがなく、そのため、まずその特性を明らかにするために、電子ビーム不安定の粒子シミュレーションを行い、そこで発生している粒子と波動のエネルギーのやりとりを、衛星に搭載した相関計でどのように見えるかを確認し、その線形から非線形に至る発展段階で示す相関計の指標の特性を明らかにした。それをふまえて、次期ミッションにそなえ、高性能となった粒子観測機と波動観測機とのデータをどのように取り込んだ相関計を製作すればよいかを考慮し、デジタル技術を新たに取り込んだ相関計の設計を行った。また、一方、これもこれまでわが国では行われていなかった、「波動観測データから周辺プラズマの温度を測定」する手法を用いて、実際のデータから、Hotなプラズマの誘電率テンソルを計算し、そこから求めることのできるアンテナインピーダンスをもちいて、プラズマの温度を測定するプログラムを作成し、実際に衛星データから温度を求めることができることを確認した。さらに、この温度測定の精度を向上させるためには、現在のわれわれがもっているプリアンプ技術からノイズレベルを更に一桁減少させる必要があることも示し、将来の観測機設計に指針を与えた。

研究成果

• [文献書誌] 井町 智彦, 八木谷 聡, 長野 勇, 筒井 稔, 松本 紘: "GEOTAIL衛星搭載電界観測アンテナの実効長の評価"電子情報通信学会論文誌. J85-B. 97-104 (2002)
• [文献書誌] 上田 義勝, 小嶋 浩嗣, 岩井 宏徳, 藤原 亮介, 橋本 弘藏, 松本 紘, 長野 勇, 岡田 敏美: "北極ロケツト実験搭載用デジタル制御型プラズマ波動受信機の開発"電子情報通信学会論文誌. J84-A. 1808-1818 (2001)
• [文献書誌] Nishimura K., H.Matsumoto, H.Kojima: "Electron acceleration and heating influenced by whistler wave packets at quasi-parallel shock waves"J.Geophys.Res.. (in press). (2001)
• [文献書誌] Deng X.H., H.Matsumoto: "First evidence of whistler driven reconnection in the magnetopause : GEOTAIL Observations"Nature. 410. 557-560 (2001)
• [文献書誌] Kasaba Y., H.Matsumoto, Y.Omura: "One-and two dimensional simulations of electron beam instability : Generation of electrostatic and electromagnetic 2fp waves"J.Geophys.Res.. 106. 18693-18711 (2001)
• [文献書誌] Kojima H, M.Ashour-Abdalla, W R.Paterson, H Matsumoto, L A Frank, R R Anderson, R L RiChard, S Kokubun, T Yamamoto: "Generation of the narrowband electrostatic noise in the geomagnetic tail : Geotail observation"J.Geophys.Res.. 106. 8483-8488 (2001)