全粒子モデル計算機実験による小スケール磁気圏の昼間側境界層物理の研究

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04058
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 臼井 英之 神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (10243081)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 水星磁気圏 / プラズマ粒子シミュレーション / 磁気圏境界層 / イオンダイナミクス

研究実績の概要

本研究の目的は, 水星固有磁場や月面磁気異常上空で形成される「小スケール磁気圏」の昼間側境界層における太陽風の3次元運動論的応答とそれに起因する様々な波動粒子相互作用との関係を包括的に解明することである.
本年度は、電子流体を扱うハイブリッド粒子モデルシミュレーションを実施し、水星磁気圏構造、特に昼間側磁気圏境界層(マグネトポーズ）における密度、磁場および電流について3次元的な観点から明らかにするとともに、それらの太陽風速度依存性を明らかにした。具体的には、太陽側から流入するイオンは、昼間側磁気圏境界層における異なる磁場の領域を蛇行するメアンダリグ運動し、赤道面において夕方側に移動することを明らかにした。また、太陽風速度の増大により太陽風動圧が水星磁気圏の磁気圧より高くなる場合、水星は電離層や大気がほぼないため、昼間側の磁気圏が押されてその境界面が水星表面に直接接触する現象(Dissapearing Dayside Magnetopause)が生じることを３次元的に示すことができた。本結果は、太陽風の水星表面への直接衝突を示唆する。また、いくつかの違う値の太陽風動圧の場合におけるハイブリッド粒子シミュレーションを実施し、それらの結果を過去の衛星観測結果との比較検討を行うことにより、太陽風動圧と水星の昼間側磁気圏構造の関係についての知見を得ることができた。これらの結果は、2025年後半に水星到着予定のBepiColombo水星探査衛星による水星磁気圏観測やそのデータ解析に大きく役立つと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] オスロ大学(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: オスロ大学
• [雑誌論文] Cross-comparison of global simulation models applied to Mercury’s dayside magnetosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: S.Aizawa, L.S.Griton, S.Fatemi, W.Exner, J.Deca, F.Pantellini, M.Yagi, D.Heyner, V.Genot, N.Andre, J.Amaya, G.Murakami, L.Beigbeder, M.Gangloff, M.Bouchemit, E.Budnik, H.Usui
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 198 ページ: 105176-105176
  • DOI: 10.1016/j.pss.2021.105176
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Extremely Collimated Electron Beams in the High Latitude Magnetosphere Observed by Arase (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Kazama, H. Kojima, Y. Miyoshi, Y. Kasahara, S. Kasahara, H. Usui, B.‐J. Wang, S.‐Y. Wang, S. W, Y. Tam, T.‐F. Chang, K. Asamura, Y. Kasaba, S. Matsuda, M. Shoji, A. Matsuoka, M. Teramoto, T. Takashima, I. Shinohara
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48(5)
  • DOI: 10.1029/2020GL090522
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Particle-In-Cell Simulations of the Cassini Spacecraft’s Interaction with Saturn’s Ionosphere during the Grand Finale (2021)
  • 著者名/発表者名: Zeqi Zhang, Ravindra T. Desai, Yohei Miyake, Hideyuki Usui, Oleg Shebanits
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 504(1) ページ: 964-973
  • DOI: 10.1093/mnras/stab750
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Arase Observation of Simultaneous Electron Scatterings by Upper‐Band and Lower‐Band Chorus Emissions (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Kazama, Y. Miyoshi, H. Kojima, Y. Kasahara, S. Kasahara, H. Usui, B.‐J. Wang, S.‐Y. Wang, S. W. Y. Tam, T. F. Chang, K. Asamura, S. Matsuda, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, Y. Kasaba, M. Shoji, A. Matsuoka, M. Teramoto, T. Takashima, I. Shinohara
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48(14)
  • DOI: 10.1029/2021gl093708
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Spacecraft Charging Attributed to Ionospheric Plasma in Polar and Equatorial (2020)
  • 著者名/発表者名: Nizam Ahmad, Hideyuki Usui
  • 雑誌名: Indonesian Journal of Geography 巻: 52(1) ページ: 98-104
  • DOI: 10.22146/ijg.50564
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Plasma Wave Investigation (PWI) Aboard BepiColombo Mio on the Trip to the First Measurement of Electric Fields, Electromagnetic Waves, and Radio Waves Around Mercury (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasumasa Kasaba, Hirotsugu Kojima, Michel Moncuquet, Jan-Erik Wahlund, Satoshi Yagitani, Fouad Sahraoui, Pierre Henri, Tomas Karlsson, Yoshiya Kasahara, Atsushi Kumamoto, Keigo Ishisaka, Karine Issautier, Gaetan Wattieaux, Tomohiko Imachi, Shoya Matsuda, Janos Lichtenberger, Hideyuki Usui
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216(4)
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00692-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Numerical Study of Plasma Depletion Region in a Satellite Wake (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Usui, Yohei Miyake, Wojciech J. Miloch, Keisuke Ito
  • 雑誌名: IEEE transactins on Plasma Science 巻: Vol. 47(Issue 8) ページ: 3717-3723
  • DOI: 10.1109/TPS.2019.2918789
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 宇宙機近傍プラズマ現象の数値シミュレーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 三宅洋平, 臼井英之, 桐山武士, 白川遼, 田川雅人
  • 雑誌名: 混相流 巻: 33(3) ページ: 258-266
  • DOI: 10.3811/jjmf.2019.T011
  • 査読あり
• [学会発表] ARTEMIS による昼側月面から放出される Auger 電子と光電子ビームの観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤正久, 原田裕己, Shaosui Xu, Andrew R. Poppe, Jasper Halekas, 三宅洋平, 臼井英之, 西野真木
  • 学会等名: 第23回惑星圏研究会
• [学会発表] 粒子シミュレーションによる微粒子後方プラズマウェイクの構造解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 室賀健太, 三宅洋平, 臼井英之
  • 学会等名: 2022年RISH電波科学計算機実験シンポジウム
• [学会発表] 宇宙プラズマ中における電界センサー特性に関する計算機シミュレーション (2022)
  • 著者名/発表者名: 深澤伊吹, 三宅洋平, 臼井英之, 栗田怜, 小嶋浩嗣
  • 学会等名: 2022年RISH電波科学計算機実験シンポジウム
• [学会発表] 水星磁気圏境界面の太陽風依存性に関するハイブリッド粒子シミュレーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 元田尚志, 臼井英之, 三宅洋平, 松本正晴
  • 学会等名: 第22回惑星圏研究会
• [学会発表] The Surface Charging Processes of Airless Planetary (2021)
  • 著者名/発表者名: 三宅洋平, 中園 仁, 臼井英之
  • 学会等名: 第22回惑星圏研究会
• [学会発表] 月環境学の創成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西野真木, 臼井英之
  • 学会等名: 第22回惑星圏研究会
• [学会発表] 科学衛星に搭載する電界センサーの特性評価に関する計算機シミュレーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 深澤 伊吹, 三宅 洋平,臼井 英之, 小嶋 浩嗣,栗田 怜
  • 学会等名: STEシミュレーション研究会・KDKシンポジウム 合同研究会
• [学会発表] 宇宙デブリの電波散乱特性に関するプラズマ粒子シミュレーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 高木 淳也, 三宅 洋平, 臼井 英之
  • 学会等名: STEシミュレーション研究会・KDKシンポジウム 合同研究会
• [学会発表] 水星磁気圏昼間側マグネトポーズに関するハイブリッド粒子シュミレーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 臼井英之, 三宅 洋平, 元田 尚志, 松本 正晴
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 太陽風プラズマによる月面帯電現象の表面形状への依存性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中園 仁, 三宅 洋平, 臼井 英之
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 荷電粒子層に覆われた物体の電波散乱特性に関する数値シミュレーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 三宅 洋平, 高木 淳也, 臼井 英之
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Study on Electric Field Sensor Impedance in Magnetized Plasma by PIC Simulation. (2021)
  • 著者名/発表者名: 田邉 正樹, 寺田 直樹, 三宅 洋平, 臼井 英之
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Study on Electric Field Sensor Impedance in Magnetized Plasma by PIC Simulation. (2021)
  • 著者名/発表者名: 深澤伊吹, 小嶋浩嗣, 三宅 洋平, 臼井 英之, 栗田 怜
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Future formation-flight mission FACTORS: Development of plasma particle instruments and evaluation of electric field measurements with short electric field sensors (2021)
  • 著者名/発表者名: 浅村 和史, 小嶋 浩嗣, 滑川 拓, 三谷 烈史, 菊川 素如, 深澤 伊吹, 栗田 怜, 三宅 雄紀, 臼井 英之
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] ARTEMISによる昼側月面から放出されるAuger電子と光電子ビー ムの観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 正久, 原田 裕己, Xu Shaosui, Poppe Andrew, Halekas Jasper S, 三宅 洋平, 臼井 英之, 西野 真木
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第150回総会
• [学会発表] 太陽系天体の宇宙風化再現実験に向けた汎用プラズマ照射装置の開発・評価の現状 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 智樹, 大槻 美沙子, 北野 智大, 星野 亮, 仲内 悠祐, 木村 淳, 村上 豪, 寺田 直樹, 臼井 英之, 西野 真木, 横田 勝一郎, 三宅 洋平
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第150回総会
• [学会発表] The future direction of SGEPSS: Subcommittee on the environment of airless bodiesmoonsand spacecraft (2021)
  • 著者名/発表者名: 西野 真木, 高橋 太, 臼井 英之, 笠原 禎也, 熊本 篤志, 齋藤 義文
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第150回総会
• [学会発表] 太陽風プラズマによる月面帯電現象の表面形状への依存性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中園 仁, 三宅 洋平, 臼井 英之
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第150回総会
• [学会発表] Study on Electric Field Sensor Impedance in Magnetized Plasma by PIC Simulation (2021)
  • 著者名/発表者名: 深澤 伊吹, 栗田 怜, 三宅 洋平, 臼井 英之, 小嶋 浩嗣
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第150回総会
• [学会発表] Modeling of Spacecraft Charging Processes in Time-varying Space Environment (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake, K. Kawaguchi, T. Kiriyama, Y. Katoh, H. Usui
  • 学会等名: The 4th PSTEP International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Recent Activities of Solid Body-Plasma Interaction Simulations (2020)
  • 著者名/発表者名: Y.Miyake, M. N. Nishino, Y. Harada, W. J. Miloch, H. Usui
  • 学会等名: Symposium on Planetary Sciences2020
• [学会発表] H. Usui, S. Aizawa, L. S. Griton, M. Yagi, W. Exner, S. Fatemi, J. Amaya, J. Deca, N. Andr_, V. G_not, D. Heyner, Murakami, F. Pantellini (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Tanabe, N. Terada, H. Usui, Y. Miyake
  • 学会等名: Symposium on Planetary Sciences2020
• [学会発表] Development of Generic Plasma Irradiation System for Modeling of Space Weathering at Solar System Bodies (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Tanabe, N. Terada, H. Usui, Y. Miyake
  • 学会等名: Symposium on Planetary Sciences2020
• [学会発表] BepiColombo SHOTS Project: A Comparative Study of Mercury's Magnetosphere Using MHD and Hybrid Particle Simulations (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Usui, S. Aizawa, L. S. Griton, M. Yagi, W. Exner, S. Fatemi, J. Amaya, J. Deca, N. Andr_, V. G_not, D. Heyner, Murakami, F. Pantellini
  • 学会等名: Symposium on Planetary Sciences2020
• [学会発表] 水探査を含めた国際宇宙探査、理学からの期待 (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Namiki, Y. Inatomi, T. Morota, M. N. Nishino, M. Ohtake, H. Usui, T. Usui
  • 学会等名: N. Namiki, Y. Inatomi, T. Morota, M. N. Nishino, M. Ohtake, H. Usui, T. Usui
• [学会発表] アルテミス計画参画に向けた月のプラズマ・ダスト環境に関する検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 臼井 英之, 西野 真木, 並木 則行, 稲富 裕光, 大竹 真紀子, 諸田 智克, 臼井 寛裕
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] Computer Simulation of Electric Field Sensor in Space Plasma (2020)
  • 著者名/発表者名: Ibuki Fukasawa, Hirotsugu Kojima, Yohei Miyake, Hideyuki Usui
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] 太陽系天体の宇宙風化再現実験に向けた汎用プラズマ照射装置の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: Computer Simulation of Electric Field Sensor in Space Plasma
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] フォボス夜側表面における帯電現象のPICシミュレーション解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田邉 正樹, 寺田 直樹, 三宅 洋平, 臼井 英之
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] Design of electric field measurements in the future mission FACTORS targeting transverse ion acceleration in the terrestrial polar magnetosphere (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirotsugu Kojima, Naritoshi Kitamura, Koji Shibuya, Ibuki Fukasawa, Yasumasa Kasaba, Masafumi Hirahara, Yoshiya Kasahara, Yohei Miyake, Hideyuki Usui, Kazushi Asamura, Yoshifumi Saito
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] 「日本のアルテミス計画参加に向けた理学的・工学的検討」報告 (2020)
  • 著者名/発表者名: 並木 則行, 稲富 裕光, 臼井 英之, 諸田 智克, 西野 真木, 大竹 真紀子, 臼井 寛裕
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] あらせ衛星で観測された孤立静電ポテンシャル構造の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 滝 朋恵, 小嶋 浩嗣, 栗田 怜, 笠原 禎也, 三好 由純, 篠原 育, 臼井 英之, 風間 洋一, 松田 昇也, Wang S.-Y, Tam Sunny W. Y, 松岡 彩子
  • 学会等名: SGEPSS Fall Meeting 2020
• [学会発表] 宇宙環境の時間変動を考慮した人工衛星帯電数値解析手法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川口 慧士, 三宅 洋平, 深沢 圭一郎, 臼井 英之
  • 学会等名: SGEPSS Fall Meeting 2020
• [学会発表] Full PIC simulations of the surface charging on the nightside of Phobos: The effect of surface-plasma interaction (2020)
  • 著者名/発表者名: 田邉 正樹, 寺田 直樹, 三宅 洋平, 臼井 英之
  • 学会等名: SGEPSS Fall Meeting 2020
• [学会発表] Electric Field Sensor Impedance in Magnetized Plasma by Particle-inCell Simulation (2020)
  • 著者名/発表者名: 深澤 伊吹, 小嶋 浩嗣, 三宅 洋平, 臼井 英之, 栗田 怜
  • 学会等名: SGEPSS Fall Meeting 2020
• [学会発表] Particle-in-cell Simulation Study on the Dayside Magnetopause in a Small_scale Magnetosphere (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki USUI, Satoki OKI, Yohei MIYAKE
  • 学会等名: 16th Asia Oceania Geosciences Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 衛星帯電緩和ビームによるプローブ電場計測干渉に関する粒子シミュレーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡崎 ほのか, 三宅 洋平, 臼井 英之
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] SHOTS simulations of Mercury's magnetosphere for the BepiColombo mission (2019)
  • 著者名/発表者名: 臼井 英之, 相澤 紗絵, 八木 学, 村上 豪, BepiColombo SHOTSシミュレーションチーム
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] 電子反射法を用いた太陽風中での月面磁場強度 推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村 智樹, 木村 淳, 吉岡 和夫, 村上 豪, 寺田 直樹, 臼井 英之, 西野 真木, 横田 勝一郎, 三宅 洋平
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] 電子反射法を用いた太陽風中での月面磁場強度 推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口 友暉, 原田 裕己, 斎藤 義文, 横田 勝一郎, 西野 真木, 臼井 英之, 三宅 洋平, 高橋 太, 清水 久芳
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] 太陽風と火星起源イオンのフォボス表面への衝突の数値実験 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田邉 正樹, 寺田 直樹, 三宅 洋平, 臼井 英之
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] Extremely collimated electron beams observed by the ERG satellite (2019)
  • 著者名/発表者名: 風間 洋一, 三好 由純, 小嶋 浩嗣, 笠原 禎也, 篠原 育, 臼井 英之, Wang B.-J, Wang S.-Y, Tam Sunny W. Y, Chang Tzu-Fang, 浅村 和史, 松田 昇也, 小路 真史, 松岡 彩子, 寺本 万里子, 高島 健
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] あらせ衛星によって観測された孤立静電ポテン シャル構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 滝 朋恵, 小嶋 浩嗣, 風間 洋一, 笠原 禎也, 三好 由純, 篠原 育, 臼井 英之, 松田 昇也, Wang S.-Y, Tam Sunny W. Y, 松岡 彩子
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] Correlations of low-energy electrons with chorus emissions observed by ERG： An event study (2019)
  • 著者名/発表者名: 風間 洋一, 小嶋 浩嗣, 三好 由純, 笠原 禎也, 臼井 英之, 篠原 育, Wang B.-J, Wang S.-Y, Tam Sunny W. Y, Chang Tzu-Fang, 浅村 和史, 熊本 篤志, 土屋 史紀, 笠羽 康正, 松田 昇也, 小路 真史, 松岡 彩子, 寺本 万里子, 高島 健
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] あらせ衛星と線形解析による電子サイクロ トロン高調波とその発生環境に関する考察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新城 藍里, 小嶋 浩嗣, 笠原 禎也, 風間 洋一, 臼井 英之, 三好 由純, 笠羽 康正, 松田 昇也, Wang S.-Y, Tam Sunny W. Y, 熊本 篤志, 松岡 彩子
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] 大気吸入型イオンエンジンにおけるプラズマ数値解析による成立性の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新城 藍里, 小嶋 浩嗣, 笠原 禎也, 風間 洋一, 臼井 英之, 三好 由純, 笠羽 康正, 松田 昇也, Wang S.-Y, Tam Sunny W. Y, 熊本 篤志, 松岡 彩子
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] Numerical simulation of charged particle in cathodic arc plasma (2019)
  • 著者名/発表者名: Risa Yamashita, Hideyuki Usui, Yohei Miyake, Kenji Yamamoto
  • 学会等名: TACT2019
  • 国際学会
• [学会発表] Particle-in-Cell Simulation on the Electron Dynamics at the Dayside Magnetopause in a Small Magnetosphere (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Usui, Yohei Miyake, Naoki Terada, Kanako Seki, Manabu Yagi, Yuto Katoh
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] A collaborative study of the Hermean magnetosphere using the multiple numerical and visualization techniques of the SHOTS project (2019)
  • 著者名/発表者名: Jorge Amaya, Sae Aizawa, Jan Deca, Willi Exner, Shahab Fatemi, L_a Sophie Griton, Manabu Yagi, Go Murakami, Hideyuki Usui, Nicolas Andre, Vincent N Genot, Daniel Heyner
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Electron cyclotron harmonic waves observed by the Arase satellite: identification of their wavelengths and phase speeds (2019)
  • 著者名/発表者名: Airi Shinjo, Hirotsugu Kojima, Yoshiya Kasahara, Yoichi Kazama, Hideyuki Usui, Yoshizumi Miyoshi, Yasumasa Kasaba, Shoya Matsuda, Yu Shiang Wang, Sunny W, Y. Tam, Atsushi Kumamoto, Ayako Matsuoka
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会