日米最新の人工衛星を使った、木星磁気圏を駆動する物質とエネルギー輸送に関する研究

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H02965
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉川 一朗 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (10311169)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 外惑星磁気圏 / イオプラズマトーラス / 極端紫外光 / プラズマ / ひさき / 小型衛星 / ＥＵＶ / 木星

研究実績の概要

木星は共回転が支配する内部磁気圏を形成している。MHDの概念を適用すると、内部磁気圏の中で動径方向にプラズマを輸送する事は極めて困難である。木星には多数の衛星があり、特にイオには活発な火山活動があり、噴出した火山ガスが電離して共回転磁場に捕捉され、トーラス状の濃いプラズマ領域（IPT）を形成している。これまでの観測結果から、IPTは内部磁気圏の主要なプラズマ源となっている事が示唆されており、また、IPTが放射する極端紫外光のエネルギー源は解明されておらず、長年議論されてきた。ひさき衛星によるオーロラとIPTの同時観測の解析から、オーロラの突然増光が発生した後、10－13時間程度の時間差でIPTが増光している事を明らかにした。自転効果が支配的な木星磁気圏であっても、オーロラの変動を引き起こす赤道面内の領域（30－40 RJ離れた領域）から短い時間でIPTにエネルギーが注入されている事を明らかにした。
イオの火山噴火と磁気圏に及ぼす影響について明らかにした。火山ガスの電離によるIPTのプラズマ密度の増加、IPTから内部磁気圏の外へのプラズマ輸送、オーロラの活発化、そして、内部磁気圏へのエネルギー注入の増大に至る一連の動きを明らかにした。IPTのプラズマ密度の増加からオーロラの活発化まで約20日間を要し、内部磁気圏から外側領域へのプラズマ輸送が拡散的なダイナミクスに支配されている事を示した。共回転が支配する磁気圏の内側にエネルギーや物質を外から注入することは不可能であると考えられていたが、本研究申請チームはプラズマの動径分布の導出や突発的に起こるIPTとオーロラの順次活発化の発見から、IPTの放射エネルギーの一部は内部磁気圏の外から拡散的に運ばれてきたエネルギー（高温電子）であるという証拠をつかみ、長年の問題に終止符を打った。

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] NASA/サウスウェスト研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA/サウスウェスト研究所
• [国際共同研究] International Space Institute(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: International Space Institute
• [国際共同研究] ベルギー大学(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: ベルギー大学
• [国際共同研究] CNRS LATMOS(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CNRS LATMOS
• [国際共同研究] Lancaster University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Lancaster University
• [雑誌論文] Spatially Asymmetric Increase in Hot Electron Fraction in the Io Plasma Torus During Volcanically Active Period Revealed by Observations by Hisaki/EXCEED From November 2014 to May 2015 (2020)
  • 著者名/発表者名: Hikida R.、Yoshioka K.、Tsuchiya F.、Kagitani M.、Kimura T.、Bagenal F.、Schneider N.、Murakami G.、Yamazaki A.、Kita H.、Nerney E.、Yoshikawa I.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 125 ページ: 333-336
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2019JA027100
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Jovian UV Aurora's Response to the Solar Wind: Hisaki EXCEED and Juno Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Kita H.、Kimura T.、Tao C.、Tsuchiya F.、Murakami G.、Yamazaki A.、Yoshioka K.、Ebert R.W.、Wilson R.J.、Allegrini F.、Clark G.、Connerney J. E. P.、Gladstone G. R.、Yoshikawa I.、Fujimoto M.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 124 ページ: 10209～10218
  • DOI: 10.1029/2019JA026997
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transient Change of Io's Neutral Oxygen Cloud and Plasma Torus Observed by Hisaki (2019)
  • 著者名/発表者名: Koga Ryoichi、Tsuchiya Fuminori、Kagitani Masato、Sakanoi Takeshi、Yoshioka Kazuo、Yoshikawa Ichiro、Kimura Tomoki、Murakami Go、Yamazaki Atsushi、Smith H. Todd、Bagenal Fran
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 124 ページ: 10318～10331
  • DOI: 10.1029/2019JA026877
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Short-term Variation in the Dawn?Dusk Asymmetry of the Jovian Radiation Belt Obtained from GMRT and Hisaki EXCEED Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Kita H.、Misawa H.、Bhardwaj A.、Tsuchiya F.、Murakami G.、Tao C.、Kimura T.、Yoshioka K.、Yamazaki A.、Kasaba Y.、Yoshikawa I.、Fujimoto M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 872 ページ: L24～L24
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab0427
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of ground pipeline system for high-level scientific data products of the Hisaki satellite mission and its application to planetary space weather (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimura Tomoki、Yamazaki Atsushi、Yoshioka Kazuo、Murakami Go、Tsuchiya Fuminori、Kita Hajime、Tao Chihiro、Yoshikawa Ichiro、Kumamoto Atsushi、Yamauchi Chisato
  • 雑誌名: Journal of Space Weather and Space Climate 巻: 9 ページ: A8～A8
  • DOI: 10.1051/swsc/2019005
• [学会発表] Identifying the energy supply process for the Io plasma torus during the sudden brightening events. (2019)
  • 著者名/発表者名: S.Nishimura, F.Suzuki, K.Yoshioka, R.Hikida, G.Murakami, F.Tsuchiya, T.Kimura, and I.Yoshikawa
  • 学会等名: MOP conference
  • 国際学会
• [学会発表] Revealing the energy source for the IPT by measuring the duration of the sudden IPT brightenings (2019)
  • 著者名/発表者名: S.Nishimura, F.Suzuki, K.Yoshioka, R.Hikida, G.Murakami, F.Tsuchiya, T.Kimura, and I.Yoshikawa
  • 学会等名: AGU fall meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The radial transport of plasmas around Jupiter’s inner magnetosphere with response to Io’s volcanic activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka, K., F. Tsuchiya, M. Kagitani, T. Kimura, G. Murakami, D. Fukuyama, R. Hikida, F. Suzuki, A. Yamazaki, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto
  • 学会等名: AGU Fall meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The influence of Io’s volcanic activity in 2015 on Jupiter’s magnetospheric dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: ：Yoshioka, K., F. Tsuchiya, M. Kagitani, T. Kimura, G. Murakami, D. Fukuyama, R. Hikida, F. Suzuki, A. Yamazaki, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto
  • 学会等名: MOP conference
  • 国際学会
• [学会発表] Study on the dawn-dusk asymmetry of Jupiter's radiation belt using radio interferometer and Hisaki (2019)
  • 著者名/発表者名: Kita, Hajime; Misawa, Hiroaki; Bhardwaj, Anil; Tsuchiya, Fuminori; Murakami, Go; Tao, Chihiro; Kimura, Tomoki; Yoshioka, Kazuo; Yamazaki, Atsushi; Yoshikawa, Ichiro; Fujimoto, Masaki
  • 学会等名: EPSC-DPS Joint Meeting 2019
  • 国際学会
• [備考] The influence of Io on Jupiter's Magnetosphere
  • URL: https://www.issibern.ch/teams/iojupitermagnet/