ドリフトバウンス共鳴によるリングカレント帯酸素イオンの選択的加速・減速機構

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19J14368
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 生松 聡 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2021-03-31
• キーワード: 地球磁気圏 / 地磁気脈動 / ドリフトバウンス共鳴 / Pc5波動 / MMS衛星 / 酸素イオン

研究実績の概要

地球磁気圏におけるリングカレント帯の高エネルギーイオンは、波動粒子相互作用によって加速・減速されると考えられている。このような高エネルギーイオンの加減速過程は内部磁気圏のダイナミクスを理解する上で非常に重要である。
本年度の研究では、地球磁気圏で起きている地磁気脈動のうちPc5として分類される波動と高エネルギー酸素イオンのドリフトバウンス共鳴現象を調べ、共鳴によるPc5脈動と高エネルギー酸素イオン間のエネルギー輸送に関する性質を明らかにすることが目的である。
まず、地球磁気圏を飛翔するMMS衛星が観測した１年7ヶ月にわたる磁場・電場・粒子データを調べたところ、酸素イオンのドリフトバウンス共鳴現象を12例見出した。1つのイベントに関して詳細な解析を実施した結果、ドリフトバウンス共鳴が起きると同時に酸素イオンのエネルギー密度が増大していることが明らかになった。酸素イオンのエネルギー増加量を定量的に推定したところ、その増加量は磁気嵐の発達にはほとんど寄与しない程度であることがわかった。12例の解析からは、水素イオンのエネルギー密度に対する酸素イオンのエネルギー密度が、その場で生じている波動の電場と良い相関があることが明らかになった。これらは、Pc5脈動によって酸素イオンが加速されていることを示す証拠である。
なお、本年度は海外の研究機関へも短期研究留学し、研鑽をつんだ。そして採用1年目にしてAGU Fall Meetingなどの国際学会において成果を発表し、さらに国際学術誌であるJournal of Geophysical Research誌にも本研究結果が掲載された。

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

酸素イオンとPc5脈動のドリフトバウンス共鳴現象について、MMS衛星の取得したデータを解析し、成果をまとめたところ、Journal of Geophysical Research誌に掲載された。したがって、本研究は順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

現在進行している人工衛星データと地上観測データを合わせた解析を引き続き実施する。本年度の研究は40 keV以下の酸素イオンに着目したが、今後はより高いエネルギー帯のイオンとの共鳴現象についても解析を進める。また、宇宙空間におけるイオンの分布関数が共鳴によるイオンの加減速過程に影響を及ぼすと考えられているため、イオンの分布関数との関連性についても議論していく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Selective acceleration of O+ by drift-bounce resonance in the Earth's magnetosphere: MMS observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Oimatsu, S., Nose, M., Le, G., Fuselier, S. A., Ergun, R. E., Lindqvist, P.-A., & Sormakov, D
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 125 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2019JA027686
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Locally generated ULF waves in the Martian magnetosphere: MAVEN observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Harada, Y., S. Ruhunusiri, J. S. Halekas, J. Espley, G. A. DiBraccio, J. P. McFadden, D. L. Mitchell, C. Mazelle, G. Collinson, D. A. Brain, T. Hara, M. Nose, S. Oimatsu, K. Yamamoto, and B. M. Jakosky
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 124 ページ: 8707-8726
  • DOI: 10.1029/2019JA027312
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Eastward Propagating Second Harmonic Poloidal Waves Triggered by Temporary Outward Gradient of Proton Phase Space Density: Van Allen Probe A Observation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, K., M. Nose, K. Keika, D. P. Hartley, C. W. Smith, R. J. MacDowall, L. J. Lanzerotti, D. G. Mitchell, H. E. Spence, G. D. Reeves, J. R. Wygant, J. W. Bonnell, and S. Oimatsu
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 124 ページ: 9904-9923
  • DOI: 10.1029/2019JA027158
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Relations between ULF waves and ion distributions in the magnetosphere: MMS observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Oimatsu, S., M. Nose, G. Le, and S. A. Fuselier
  • 学会等名: 第146回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] Chorus wave modulations due to compressional ULF waves in the inner magnetosphere (2019)
  • 著者名/発表者名: Oimatsu. S., M. Nose, C. A. Kletzing, C. W. Smith, R. J. MacDowall, D. G. Mitchell
  • 学会等名: GEM workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Drift-bounce resonance between Pc5 pulsations and O+ ions in the nightside magnetosphere: Arase and MMS observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Oimatsu, S., M. Nose, M. Teramoto, K. Yamamoto, A. Matsuoka, S. Kasahara, S. Yokota, K. Keika, R. Nomura, A. Fujimoto, D. Sormakov, O. Troshichev, Y.-M. Tanaka, M. Shinohara, I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • 学会等名: AOGS 16th Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Relations between ULF waves and ion distributions in the magnetosphere: MMS observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Oimatsu, S., M. Nose, G. Le, and S. A. Fuselier
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2019
  • 国際学会 / 招待講演