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2021 年度 実績報告書

粒子加速過程の直接計測による惑星放射線帯生成モデルの実証

研究課題

研究課題/領域番号 18H03727
研究機関東北大学

研究代表者

加藤 雄人  東北大学, 理学研究科, 教授 (60378982)

研究分担者 笠原 慧  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00550500)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
キーワード宇宙プラズマ・プラズマ波動 / 地球惑星磁気圏 / 太陽地球システム・宇宙天気 / オーロラ・磁気嵐
研究実績の概要

本研究は、磁化天体に普遍的な高エネルギー粒子加速機構を解明することを最終目的として、宇宙空間で生じる電磁波と粒子との間のエネルギー交換過程について究明した。目的を達成するために本研究では、【1】あらせ衛星を中心とした地球磁気圏・放射線帯領域での衛星観測データを用いた解析研究、【2】大規模計算機実験による惑星電磁圏での波動・粒子間の共鳴過程の究明、【3】WPIA機上ソフトウェアの最適化とWPIA手法の確立、をそれぞれ実施した。
2021年度は課題【1】に関して、MMS衛星による観測結果にWPIAを適用して、高エネルギープロトンと電磁イオンサイクロトロン波動とのエネルギー交換量の評価が可能であることを示した。また、低高度衛星による降下電子の観測結果にみられるエネルギー分散が、磁気圏におけるコーラス放射によるピッチ角散乱過程を考慮することにより矛盾なく説明できることを示した。課題【2】に関して、Van Allen Probes衛星により観測されたコーラス放射微細構造のデータベースと、計算機シミュレーションにより再現されたコーラス放射の微細構造とを比較して、シミュレーション結果が観測結果をよく再現していることを明らかとした。課題【3】に関して、本研究で構築した位相の連続性を保証する波形較正手法ならびに電場3成分目の推定方法についてそれぞれアルゴリズムに取り入れ、あらせ衛星によるWPIAに用いる解析手法として確立した。以上の成果は6編の学術論文ならびに招待講演7件を含む30件の国内外での学会・研究会での発表として公表した。

現在までの達成度 (区分)
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

本研究で中心課題としている衛星データ解析研究、シミュレーション研究、WPIA手法の検討のそれぞれについて当初の計画通りに進められており、成果も既に上がっている。研究組織内での議論は円滑に進められており、当初の研究計画に対して順調に進展していると判断される。

今後の研究の推進方策

研究は順調に進展しており、次年度も当初の研究計画に従って研究を遂行する方針である。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 オープンアクセス 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] UCLA(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      UCLA
  • [国際共同研究] Swedish Institute of Space Physics(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      Swedish Institute of Space Physics
  • [雑誌論文] Statistical Study of Approaching Strong Diffusion of Low‐Energy Electrons by Chorus and ECH Waves Based on In Situ Observations2022

    • 著者名/発表者名
      Fukizawa M.、Sakanoi T.、Miyoshi Y.、Kazama Y.、Katoh Y.、Kasahara Y.、Matsuda S.、Kumamoto A.、Tsuchiya F.、Matsuoka A.、Kurita S.、Nakamura S.、Shoji M.、Teramoto M.、Imajo S.、Shinohara I.、Wang S.‐Y.、Tam S. W.‐Y.、Chang T.‐F.、Wang B.‐J.、Jun C.‐W.
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      巻: 127 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1029/2022JA030269

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 小特集「ジオスペースと実験室におけるプラズマの波動粒子相互作用研究の進展」まとめ2021

    • 著者名/発表者名
      加藤雄人, 永岡賢一
    • 雑誌名

      プラズマ・核融合学会誌

      巻: 97 ページ: 286-287

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fine Structure of Chorus Wave Packets: Comparison Between Observations and Wave Generation Models2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang X.‐J.、Demekhov A. G.、Katoh Y.、Nunn D.、Tao X.、Mourenas D.、Omura Y.、Artemyev A. V.、Angelopoulos V.
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      巻: 126 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1029/2021JA029330

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Energy Transfer Between Hot Protons and Electromagnetic Ion Cyclotron Waves in Compressional Pc5 Ultra‐low Frequency Waves2021

    • 著者名/発表者名
      Kitamura N.、Shoji M.、Nakamura S.、Kitahara M.、Amano T.、Omura Y.、Hasegawa H.、Boardsen S. A.、Miyoshi Y.、Katoh Y.、Teramoto M.、Saito Y.、Yokota S.、Hirahara M.、Gershman D. J.、Giles B. L.、Russell C. T.、Strangeway R. J.、Ahmadi N.、Lindqvist P.‐A.、Ergun R. E.、Fuselier S. A.、Burch J. L.
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      巻: 126 ページ: 1-25

    • DOI

      10.1029/2020JA028912

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Simultaneous Pulsating Aurora and Microburst Observations With Ground‐Based Fast Auroral Imagers and CubeSat FIREBIRD‐II2021

    • 著者名/発表者名
      Kawamura Miki、Sakanoi Takeshi、Fukizawa Mizuki、Miyoshi Yoshizumi、Hosokawa Keisuke、Tsuchiya Fuminori、Katoh Yuto、Ogawa Yasunobu、Asamura Kazushi、Saito Shinji、Spence Harlan、Johnson Arlo、Oyama Shin'ichiro、Brandstrom Urban
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 48 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1029/2021GL094494

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Evaluation of nonlinear effects in the pitch angle scattering process of energetic electrons into the loss cone by coherent whistler-mode waves2021

    • 著者名/発表者名
      Ishizawa, G., Y. Katoh, M. Kitahara
    • 学会等名
      URSI GASS 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Wave-Particle Interaction Analyzer for the direct measurement of the energy exchange through wave-particle interactions in the magnetosphere2021

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y., H. Kojima, S. Kurita, J. Miki, M. Hikishima, M. Kitahara, Y. Miyoshi, Y. Kasahara, S. Kasahara, S. Matsuda, T. Takashima, K. Asamura, T. Mitani, N. Higashio, A. Matsuoka, M. Ozaki, S. Yagitani, S. Yokota, and I. Shinohara
    • 学会等名
      URSI GASS 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Application of CoToCoA to MHD and micro-scale simulations of the magnetosphere2021

    • 著者名/発表者名
      Fukazawa, K., Y. Katoh, and T. Nanri
    • 学会等名
      第150回 地球電磁気・地球惑星圏学会 総会および講演会
  • [学会発表] High spatial resolution simulation of global Jovian magnetosphere for vortex configuration and its application2021

    • 著者名/発表者名
      Fukazawa, K., Y. Katoh, and T. Nanri
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁気赤道周辺での kinetic Alfven wave による電子加速過程に関するテスト粒子計算2021

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸碩, 加藤雄人, 北原理弘, 川面洋平, 木村智樹, 熊本篤志
    • 学会等名
      第150回 地球電磁気・地球惑星圏学会 総会および講演会
  • [学会発表] 地球内部磁気圏における Toroidal mode ULF wave による高エネルギー電子のフラックス増強のシミュレーション研究2021

    • 著者名/発表者名
      礒野航, 加藤雄人, 川面洋平, 熊本篤志
    • 学会等名
      第150回 地球電磁気・地球惑星圏学会 総会および講演会
  • [学会発表] Case analysis of SAPS Wave Structures observed by Arase satellite and SuperDARN2021

    • 著者名/発表者名
      Takehiro Fukami, Atsushi Kumamoto, Yuto Katoh, Nozomu Nishitani, Tomoaki Hori, et al.
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct observations of electron current in whistler-mode waves2021

    • 著者名/発表者名
      Naritoshi Kitamura, Masahiro Kitahara, Takanobu Amano, Scott A Boardsen, Daniel J Gershman, Yoshiharu Omura, Yoshizumi Miyoshi, Satoko Nakamura, Masafumi Shoji, Yuto Katoh, Hirotsugu Kojima, Yoshifumi Saito, Masafumi Hirahara, et al.
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Ray tracing study on magnetospheric propagation and ionospheric exit point of multiple VLF conjugate events between Arase and Kannuslehto, Finland2021

    • 著者名/発表者名
      Claudia Martinez-Calderon, Yuto Katoh, Ondrej Santolik, Miroslav Hanzelka, Jyrki Kalervo Manninen, Yoshiya Kasahara, Shoya Matsuda, Atsushi Kumamoto, Fuminori Tsuchiya, Ayako Matsuoka, Iku Shinohara, Masahiro Kitahara, Satoko Nakamura, Kazuo Shiokawa, and Yoshizumi Miyoshi
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] The mechanism of frequency increase of IPDP type EMIC waves: event analysis of ground and satellite observations on 19 April 20172021

    • 著者名/発表者名
      Asuka Hirai, Fuminori Tsuchiya, Takahiro Obara, Yasumasa Kasaba, Yuto Katoh, Hiroaki Misawa, Kazuo Shiokawa, Yoshizumi Miyoshi, Chae Woo Jun, Satoshi Kurita, Martin G Connors, and Aaron Hendry
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Simultaneous pulsating aurora and microburst observations with ground-based fast auroral imagers and CubeSat FIREBIRD-II2021

    • 著者名/発表者名
      Miki Kawamura, Takeshi Sakanoi, Mizuki Fukizawa, Yoshizumi Miyoshi, Keisuke Hosokawa, Fuminori Tsuchiya, Yuto Katoh, Yasunobu Ogawa, Kazushi Asamura, Shinji Saito, Harlan E. Spence, Arlo Johnson, Shin-ichiro Oyama, and Urban Brandstrom
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2020
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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