電子ハイブリッド・MHD連成計算機実験による惑星放射線帯電子加速過程の研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03730
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 加藤 雄人 東北大学, 理学研究科, 准教授 (60378982)
• 研究分担者: 深沢 圭一郎 京都大学, 学術情報メディアセンター, 准教授 (50377868)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 宇宙プラズマ・プラズマ波動 / 地球惑星磁気圏 / 太陽地球システム・宇宙天気 / オーロラ・磁気嵐

研究実績の概要

本研究は、惑星磁気圏に普遍的な相対論的電子加速モデルを構築することを目的として、加速過程を担うホイッスラーモード・コーラス放射の発生過程を電子ハイブリッド・MHD連成計算により再現し、コーラス放射の波動特性と電子加速効率を究明する。
研究計画最終年度となる平成29年度は、継続して実施してきたコーラス放射発生条件に関するサーベイ計算の結果を用いたデータベースの構築を完了した。特に、電子ハイブリッドシミュレーションにより得られた、初期条件として与える高エネルギー電子の速度分布と発生するコーラス放射との関連に着目したデータセットが整備された。この結果に基づいてまとめた研究成果は、学術論文として発表した他、国内外での学会・研究集会で公表した。さらに、擾乱時の地球磁気圏および木星磁気圏のガニメデ衛星軌道近傍での背景磁場・プラズマ環境を対象とした連成計算の結果をまとめて、国内外での学会・研究集会で成果を報告した。国際学会での招待講演を行うなど高い評価を受けた。
本研究の成果は、2016年12月に打ち上げられたジオスペース探査衛星あらせによる地球放射線帯領域でのコーラス放射と相対論的電子との相互作用過程の理解にも大きく貢献することが期待されており、本課題成果の波及効果に関して複数の招待講演と多数の国際・国内学会発表で公表した。以上の成果は9編の査読付き論文として公表され、6件の招待講演を含む12件の国際・国内学会での講演で発表した。研究経費はデータ解析環境の整備とデータベース作成補助のための謝金、関連する最新の研究成果の情報収集ならびに成果発表旅費として使用した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Texas at Dallas(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: The University of Texas at Dallas
• [国際共同研究] IRF Uppsala/IRF Kiruna(Sweden)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: IRF Uppsala/IRF Kiruna
• [国際共同研究] Charles University/Institute of Atmospheric Physics(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: Charles University/Institute of Atmospheric Physics
• [雑誌論文] Software-type Wave-Particle Interaction Analyzer on board the Arase satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., H. Kojima, M. Hikishima, T. Takashima, K. Asamura, Y. Miyoshi, Y. Kasahara, S. Kasahara, T. Mitani, N. Higashio, A. Matsuoka, M. Ozaki, S. Yagitani, S. Yokota, S. Matsuda, M. Kitahara, and I. Shinohara
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 70 ページ: －
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0771-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dependence of generation of whistler-mode chorus emissions on the temperature anisotropy and density of energetic electrons in the Earth's inner magnetosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., Y. Omura, Y. Miyake, H. Usui, and H. Nakashima
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Space Physics 巻: 123 ページ: －
  • DOI: 10.1002/2017JA024801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of the Transition from MRI to Magnetic Turbulence via Parasitic Instability by a High-Order MHD Simulation Code (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirai, K., Y. Katoh, N. Terada, and S. Kawai
  • 雑誌名: Astrophys. J. 巻: 853 ページ: －
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaa5b2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Software-type Wave-Particle Interaction Analyzer (SWPIA) by RPWI for JUICE: Science objectives and implementation (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., H. Kojima, K. Asamura, Y. Kasaba, F. Tsuchiya, Y. Kasahara, T. Imachi, H. Misawa, A. Kumamoto, S. Yagitani, K. Ishisaka, T. Kimura, M. Hikishima, Y. Miyoshi, M. Shoji, M. Kitahara, O. Santolik, J. Bergman, W. Puccio, R. Gill, M. Wieser, W. Schmidt, S. Barabash, and J.-E. Wahlund
  • 雑誌名: Proceedings of PRE8 (8th International Workshop on Planetary, Solar and Heliospheric Radio Emissions) 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theory, Modeling, and Integrated studies in the Arase (ERG) project (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki, K., Y. Miyoshi, Y. Ebihara, Y. Katoh, T. Amano, S. Saito, M. Shoji, A. Nakamizo, K. Keika, T. Hori, S. Nakano, K. Kamiya, N. Takahashi, Y. Omura, M. Nose, M.-C. Fok, T. Tanaka, A. Ieda, and A. Yoshikawa
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 70 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0785-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Plasma Wave Experiment (PWE) on board the Arase (ERG) Satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Kasahara, Y., Y. Kasaba, H. Kojima, S. Yagitani, K. Ishisaka, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, M. Ozaki, S. Matsuda, T. Imachi, Y. Miyoshi, M. Hikishima, Y. Katoh, M. Ota, M. Shoji, A. Matsuoka, and I. Shinohara
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 70 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0759-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High Frequency Analyzer (HFA) of Plasma Wave Experiment (PWE) onboard the ARASE spacecraft (2018)
  • 著者名/発表者名: Kumamoto, A., F. Tsuchiya, Y. Kasahara, Y. Kasaba, H. Kojima, S. Yagitani, K. Ishisaka, T. Imachi, M. Ozaki, S. Matsuda, M. Shoji, A. Matsuoka, Y. Katoh, Y. Miyoshi, and T. Obara
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Data processing in the Software-type wave-particle interaction analyzer on board the Arase satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Hikishima, M., H. Kojima, Y. Katoh, Y. Kasahara, S. Kasahara, T. Mitani, N. Higashio, A. Matsuoka, Y. Miyoshi, K. Asamura, T. Takashima, S. Yokota, S. Matsuda, M. Kitahara
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 70 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0817-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ion hole formation and nonlinear generation of Electromagnetic Ion Cyclotron waves: THEMIS observations (2017)
  • 著者名/発表者名: Shoji, M., Y. Miyoshi, Y. Katoh, K. Keika, V. Angelopoulos, S. Kasahara, K. Asamura, S. Nakamura, and Y. Omura
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 44 ページ: 8730-8738
  • DOI: 10.1002/2017GL074254
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Simulation study of the nonlinear processes of whistler-mode chorus generation in the Earth's inner magnetosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y. and Y. Omura
  • 学会等名: AGU Chapman Conference on Particle Dynamics in the Earth's Radiation Belts
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electron hybrid simulation of the whistler-mode chorus generation in the Earth's inner magnetosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y. and Y. Omura
  • 学会等名: The 8th biennial VERSIM Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electron-hybrid and MHD cross-reference simulations of whistler-mode chorus in the inner magnetosphere of Earth, Jupiter and Mercury (2017)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., K. Fukazawa, and M. Yagi
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 14th Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 惑星磁気圏におけるホイッスラーモード・コーラス放射発生過程についての計算機実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄人
  • 学会等名: プラズマシミュレータシンポジウム2017
  • 招待講演
• [学会発表] Software-type Wave-Particle Interaction Analyzer on board the ARASE satellite (2017)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., H. Kojima, M. Hikishima, T. Takashima, K. Asamura, Y. Miyoshi, Y. Kasahara, S. Kasahara, T. Mitani, N. Higashio, A. Matsuoka, M. Ozaki, S. Yagitani, S. Yokota, S. Matsuda, M. Kitahara, and I. Shinohara
  • 学会等名: 第142回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] シンポジウム「ジオスペース探査衛星あらせ（ERG） -宇宙プラズマ最先端計測技術による地球放射線帯形成・消失機構の解明-」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄人
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Electron-hybrid and MHD cross-reference simulations of whistler-mode chorus in planetary magnetospheres (2017)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., K. Fukazawa, and M. Yagi
  • 学会等名: EGU General Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] ULF wave modulation on the generation process of whistler-mode chorus emissions (2017)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y. and L. Chen
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 14th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Nonlinear Effect on pitch angle scattering of electrons caused by whistler mode chorus emissions (2017)
  • 著者名/発表者名: Kitahara, M. and Y. Katoh
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 14th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Method for direct detection of pitch angle scattering caused by plasma waves (2017)
  • 著者名/発表者名: Kitahara, M. and Y. Katoh
  • 学会等名: XXXIInd URSI General Assembly and Scientific Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Science objectives and implementation of Software-type Wave-Particle Interaction Analyzer (SWPIA) by RPWI for JUICE (2017)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., H. Kojima, K. Asamura, Y. Kasaba, F. Tsuchiya, Y. Kasahara, T. Imachi, H. Misawa, A. Kumamoto, S. Yagitani, K. Ishisaka, T. Kimura, M. Hikishima, Y. Miyoshi, M. Shoji, M. Kitahara, O. Santolik, J. Bergman, W. Puccio, R. Gill, M. Wieser, W. Schmidt, S. Barabash, and J.-E. Wahlund
  • 学会等名: Magnetospheres of the Outer Planets
  • 国際学会
• [学会発表] Software-type Wave-Particle Interaction Analyzer (SWPIA) by RPWI for JUICE (2017)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., H. Kojima, K. Asamura, Y. Kasaba, F. Tsuchiya, Y. Kasahara, T. Imachi, H. Misawa, A. Kumamoto, S. Yagitani, K. Ishisaka, T. Kimura, M. Hikishima, Y. Miyoshi, M. Shoji, M. Kitahara, O. Santolik, J. Bergman, W. Puccio, R. Gill, M. Wieser, W. Schmidt, S. Barabash, and J.-E. Wahlund
  • 学会等名: European Planetary Science Congress 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Software-type Wave-Particle Interaction Analyzer on board the Arase satellite (2017)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., H. Kojima, M. Hikishima, T. Takashima, K. Asamura, Y. Miyoshi, Y. Kasahara, S. Kasahara, T. Mitani, N. Higashio, A. Matsuoka, M. Ozaki, S. Yagitani, S. Yokota, S. Matsuda, M. Kitahara, and I. Shinohara
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting
  • 国際学会