多点観測を用いた磁気嵐中のリングカレント酸素イオン増加の時間空間変動に関する研究

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14400
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 桂華 邦裕 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10719454)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 磁気嵐 / リングカレント / 電離圏起源イオン / サブストーム / イオン輸送、加速 / あらせ衛星

研究実績の概要

今年度は、交付申請書の「研究の目的」に記載した課題①「磁気嵐中の内部磁気圏酸素イオン圧の空間分布と磁気嵐規模に対する寄与」について、プラズマ分布関数（エネルギースペクトル）レベルまで遡り、最も寄与が大きいエネルギー帯（寄与エネルギー帯）を酸素イオンと水素イオンについて調査した。昨年度に続き、内部磁気圏における寄与エネルギー帯を十分にカバーしている、あらせ衛星搭載MEP-i粒子検出器で得られたデータを用いた。具体的には、あらせ衛星が2017年に観測した6つの磁気嵐の主相と初期回復相において寄与エネルギー帯の空間分布（主に動径方向）を調べた。得られた成果は以下の通りである。これらをアメリカ地球物理学連合学術誌Geophysical Research Lettersに出版し、国内外の研究集会（招待講演含む）で発表した。
(1)深内部磁気圏（地心距離約5地球半径以下）では、寄与エネルギー帯は20-80 keVで、水素イオンと酸素イオンの差異はほとんど見られなかった。
(2)磁気圏尾部に近い領域（地心距離約5地球半径以上）では、寄与エネルギー帯は水素イオンが40-100 keV、酸素イオンは60-150 keVであった。
この結果は、磁気圏尾部のプラズマは深内部磁気圏まで断熱的に輸送されているが、酸素イオン選択的・優先的加速を引き起こす、短時間スケールの輸送・加速現象も静止軌道より内側のプラズマ特性に影響を与えていることを示唆している。その磁気嵐規模への寄与率は最低でも数10％であった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

交付申請書に記載した課題①について、成果をすでに国際学術誌に出版しており、課題②および③についても、内部磁気圏における複数衛星同時観測に加えて、内部磁気圏プラズマの源である磁気圏尾部を観測する衛星を用いた研究も進めている。

今後の研究の推進方策

交付申請書に記載した課題②および③を手法IIおよびIIIを用いて取り組む。Van Allen Probes衛星で磁気嵐前に観測された低エネルギーイオンの解析はすでに始めており、局所的に増大している場合が多いことが示唆されている。あらせ衛星との同時観測イベントも含めて、調査を継続する。また、MMS衛星による磁気圏尾部での水素イオンおよび酸素イオンの観測にも注目し、静穏時の磁気圏尾部プラズマシートでのプラズマ特性を調査する。

研究成果

• [国際共同研究] Johns Hopkins Univ APL/University of California Los Angeles/Aerospace Corporation(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Johns Hopkins Univ APL/University of California Los Angeles/Aerospace Corporation
• [雑誌論文] Ion energies dominating energy density in the inner magnetosphere: Spatial distributions and composition (2018)
  • 著者名/発表者名: Keika, K., S. Kasahara, S. Yokota, M. Hoshino, K. Seki, M. Nose, T. Amano, Y. Miyoshi, and I. Shinohara
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 45 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2018GL080047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetosphere-ionosphere connection of storm-time Region-2 field-aligned current and ring current: Arase and AMPERE observations (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Imajo, M. Nose, A. Matsuoka, S. Kasahara, S. Yokota, M. Teramoto, K. Keika, T. Motoba, B. Anderson, R. Nomura, A. Fujimoto, I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 123 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2018JA025865
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Giant Pulsations Excited by a Steep Earthward Gradient of Proton Phase Space Density: Arase Observation (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Yamamoto, M. Nose, S. Kasahara, S. Yokota, K. Keika, A. Matsuoka, M. Teramoto, K. Takahashi, S. Oimatsu, R. Nomura, M. Vellante, B. Heilig, A. Fujimoto, Y. Tanaka, M. Shinohara, I. Shinohara, Y. Miyoshi
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 45 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2018GL078293
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Drift-Bounce Resonance Between Pc5 Pulsations and Ions at Multiple Energies in the Nightside Magnetosphere: Arase and MMS Observations (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Oimatsu, M. Nose, M. Teramoto, K. Yamamoto, A. Matsuoka, S. Kasahara, S. Yokota, K. Keika, G. Le, R. Nomura, A. Fujimoto, D. Sormakov, O. Troshichev, Y.-M. Tanaka, M. Shinohara, I. Shinohara, Y. Miyoshi, J. A. Slavin, R. E. Ergun, and P.-A. Lindqvist
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 45 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2018GL078961
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Field Dipolarization and Its Associated Ion Flux Variations in the Dawnside Deep Inner Magnetosphere: Arase Observations (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nose, A. Matsuoka, S. Kasahara, S. Yokota, M. Teramoto, K. Keika, K. Yamamoto, R. Nomura, A. Fujimoto, N. Higashio, H. Koshiishi, S. Imajo, S. Oimatsu, Y.-M. Tanaka, M. Shinohara, I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 45 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2018GL078825
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radial transport of higher-energy oxygen ions into the deep inner magnetosphere observed by Van Allen Probes (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Mitani, K. Seki, K. Keika, M. Gkioulidou, L. J. Lanzerotti, D. G. Mitchell, and C. A. Kletzing
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 45 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2018GL077500
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Van Allen Probes observations of drift-bounce resonance and energy transfer between energetic ring current protons and poloidal Pc4 wave (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Oimatsu, M. Nose, K. Takahashi, K. Yamamoto, K. Keika, C. A. Kletzing, C. W. Smith, R. J. MacDowall, and D. G. Mitchell
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 123 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2017JA025087
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Mass and Charge Dependent Characteristics of Earth’s Magnetospheric Plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂華邦裕
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Contribution from proton and oxygen ions to plasma pressure in the Earth’s inner magnetosphere: Arase (ERG) observations (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂華邦裕
  • 学会等名: 2nd URSI AT-RASC meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spatial distribution of the contributions from electrons, protons, and oxygen ions to energy density in the inner magnetosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂華邦裕
  • 学会等名: JpGU 2018 meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Contribution from oxygen ions to plasma pressure in the inner magnetosphere: Spatial distributions and contributing energies (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂華邦裕
  • 学会等名: SGEPSS 2018 Fall Meeting
• [学会発表] Contribution from mass-dependent acceleration to the buildup of the ring current: Arase observations (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂華邦裕
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [備考] 東京大学理学系研究科地球惑星科学専攻
  • URL: http://www.eps.s.u-tokyo.ac.jp