磁気嵐に伴うコーラス放射の発生と相対論的電子加速の研究

2007 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17340146
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 大村 善治 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (50177002)
• 研究分担者: 臼井 英之 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (10243081) ; 荻野 竜樹 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (00109274)
• キーワード: 宇宙科学 / 宇宙空間 / 磁気圏・電離圏 / 超高層物理学 / 地球電磁気 / シミュレーション / 放射線帯 / ホイッスラー

研究概要

シミュレーションで再現されたコーラス放射過程の理論解析を行い、非線形効果により高エネルギー電子の位相空間に電磁的な効果で電子ホールが形成されて、それによりコーヒーレントな波動が成長する非線形理論解析を行った。周波数変化率と波動の振幅の関係を導き、シミュレーションの結果と良い一致を見た。この非線形成長過程は、コーラス放射の周波数の時間変動と外部磁場の空間的な変化の2つの効果によって、ホイッスラーモード波が磁力線に沿って赤道面付近から地場の強くなる高緯度に向かって伝搬する際に実現されることが理論的に解明された。赤道に向かって負の共鳴速度で走行する相対論電子の速度が赤道面に達する前にゼロになると電子は進行方向を変えて、ホイッスラーモード波の伝搬と同じ方向に走行するようになる。この間、電子は連続的に加速されて、数100keVからMeVのエネルギーにまで一挙に加速されることを見出した。これをRelativistic Turning Acceleration (RTA)と名付けて発表した。RTA過程によってMeVまで加速された電子は、再度ホイッスラーモードに捕捉されて、さらに高いエネルギーへと加速される。ホイッスラーモード波と同じ方向に走行しながら加速されるため、非常に効率のよい加速過程となる。この加速過程いついて理論解析を行い、これをUltra-Relativistic Acceleration (URA)と名付けて発表した。

研究成果

• [雑誌論文] Relativistic turning acceleration of resonant electrons by coherent whistler-mode waves in a dipole magnetic field (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura, N. Furuya, D. Summers
  • 雑誌名: Journal Geophysical Research Vol.112,A06236 ページ: doi:10.1029/2006JA012243
• [雑誌論文] Relativistic particle acceleration in the process of whistler-mode chorus wave generation (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Katoh and Y. Omura
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. Vol.34,L13102 ページ: doi:10.1029/2007GL029758
• [雑誌論文] Ultra-relativistic acceleration of electrons in planetary magnetospheres (2007)
  • 著者名/発表者名: D. Summers and Y. Omura
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. Vol.34,L24205 ページ: doi:10.1029/2007GL032226
• [雑誌論文] Theory and simulation of the generation of whistler-mode chorus
  • 著者名/発表者名: Y. Omura, Y. Katoh, and D. Summers
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research (in press)
• [雑誌論文] Relativistic turning acceleration of radiation belt electrons by whistler-mode chorus
  • 著者名/発表者名: N. Furuya, Y. Omura, and D. Summers
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research (in press)
• [学会発表] Theory and Simulation of the Generation of Whistler-mode Chorus (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU) 2007 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20071210-14
• [学会発表] Relativistic electron acceleration in the generation process of whistler-mode chorus by a self-consistent particle simulation (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Katoh
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU) 2007 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20071210-14
• [学会発表] Ultra-relativistic Acceleration of Radiation Belt Electrons in Planetary Magnetospheres, (2007)
  • 著者名/発表者名: D. Summers
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU) 2007 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20071210-14
• [学会発表] Simulations of chorus waves and accelerations of electrons to relativistic energie, (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura
  • 学会等名: International Symposium on Radio Systems and Space Plasma (ISRSSP)
  • 発表場所: Sofia, Bulgaria
  • 年月日: 20071102-05
• [学会発表] Acceleration of Relativistic Electrons in the Process of Whistler-mode Chorus Generation (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Katoh
  • 学会等名: International Climate and Weather of the Sun-Earth System (CAWSES) Symposium
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20071023-27
• [学会発表] Relativistic Turning Acceleration of Radiation Belt Electrons by Whistler-mode Chorus (2007)
  • 著者名/発表者名: 大村善治
  • 学会等名: International Climate and Weather of the Sun-Earth System (CAWSES) Symposium
  • 発表場所: Kyoto. Japan
  • 年月日: 20071023-27
• [学会発表] コーラス放射による放射線帯電子の相対論的加速 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大村善治
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第122回総会及び講演会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20070928-1001
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Characteristics of whistler-mode emissions in the terrestrial and the Jovian magnetospheres (2007)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄人
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第122回総会及び講演会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20070928-1001
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] プラズマ波動のジオスペース応用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大村善治
  • 学会等名: 日本天文学会2007秋季年会
  • 発表場所: 岐阜大学
  • 年月日: 20070926-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Theory and simulations on whistler-mode chorus generation and relativistic electron acceleration in the radiation belts (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Omura, N., Furuya, D., Summers
  • 学会等名: Union Radio-Scientifique Internationale (URSI) 2007
  • 発表場所: Ottawa, Canada
  • 年月日: 20070722-26
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Acceleration of relativistic electrons in the process of whistler-mode chorus generation (2007)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2007年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 20070519-24
• [学会発表] 放射線帯ホイッスラーモード波による相対論的加速機構の理論解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大村善治
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2007年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 20070519-24
• [学会発表] Simulations of chorus waves and acceleration of electrons to relativistic energies (solicited) (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Omura, Y., Katoh, D., Summers
  • 学会等名: European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2007
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 20070415-20
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Necessary conditions for relativistic resonant acceleration in the radiation belt (2006)
  • 著者名/発表者名: 古家直樹
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第120回総会及び講演会
  • 発表場所: 相模原市産業会館
  • 年月日: 20061104-07
• [学会発表] ホイッスラーモード波と粒子相互作用のテスト粒子ブラソフシミュレーション (2006)
  • 著者名/発表者名: 古家 直樹
  • 学会等名: 地球惑星科学関連学会2006年合同大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場
  • 年月日: 20060514-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より