編隊衛星を用いたオーロラ電流系の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05568
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 家田 章正 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 助教 (70362209)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 電気伝導度 / 衝突周波数 / 電荷交換衝突 / 酸素

研究実績の概要

地球の極域電離圏（高度100km）では、数時間に一度、真夜中付近でオーロラが爆発的に増光する。このオーロラ爆発は、より遠方（高度5-20万km）の磁気圏尾部に流れる電流が、磁力線再結合により、電離圏にショートする現象であると想像される。このショート電流（オーロラ電流系）と、磁力線再結合との関係を、衛星および地上観測を用いて解明することが、本研究の目的である。本年度はこのオーロラ電流を支配する電気伝導度を解明した。地球電離圏ではプラズマと中性大気が共存している。両者の衝突は、電離圏電流・電気伝導度を支配しており、衝突周波数として表現される。衝突周波数モデルは、論文によって大小さまざまな相違があり、その根拠は不明であることが多い。本研究では特に、酸素分子と酸素分子イオンの衝突について、衝突周波数モデルを明らかにした。酸素分子と酸素分子イオンの衝突には、(1)中性粒子が分極することによるnonresonant衝突、(2)電子移動によるresonant衝突がある。本研究では、まず、電気伝導度が集中するE層(高度90-150 km)では、イオンや中性大気の温度は典型的には200-600 Kと、遷移温度より低温であるために、(1)nonresonant衝突が支配的であることを確認した。次に、遷移温度は800 Kと教科書に記されてきたが、これは誤解であり、正しくは600 K、すなわち、(1)と(2)が等しくなる温度であることを明らかにした。遷移温度が下がったために、(2)はE層付近でも重要となり、無視しにくくなった。さらに、擾乱時など温度上昇した場合は(2)が必要である。従って、電気伝導度の算出には遷移温度600 Kを境として(1)と(2)の両方を用いることが適切である。

研究成果

• [雑誌論文] Ion‐neutral collision frequencies for calculating ionospheric conductivity (2020)
  • 著者名/発表者名: Ieda Akimasa
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 125 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2019JA027128
  • 査読あり
• [学会発表] Auroral substorm onset in satellite-based global images and ground-based all-sky images (2019)
  • 著者名/発表者名: Akimasa Ieda, Kirsti Kauristie, Yukitoshi Nishimura, Yukinaga Miyashita, Harald U. Frey , Liisa Juusola, Daniel Whiter, Masahito Nose, Matthew O. Fillingim, Farideh Honary, Neil C. Rogers , Yoshizumi Miyoshi, Tsubasa Miura, Takahiro Kawashima and Shinobu Machida
  • 学会等名: Japan geoscience union joint meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 電離圏電気伝導度を算出するための衝突周波数 (2019)
  • 著者名/発表者名: 家田 章正
  • 学会等名: 第146回 地球電磁気・地球惑星圏学会総会および講演会