大気波動を介した下層大気から宇宙への物質輸送の研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03943
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中川 広務 東北大学, 理学研究科, 助教 (30463772)
• 研究分担者: 青木 翔平 東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (60773629) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 火星 / 大気重力波 / 水 / 物質輸送 / 探査機 / 望遠鏡 / 観測

研究実績の概要

本研究では、超高層への水・物質輸送過程を明らかにすべく、特に大気波動を介した領域間結合に着目して、探査機と地上望遠鏡による観測を実施し、以下を達成した。
（１）エアロゾル多重散乱高速放射計算コードJACOSPAR火星版の開発を進めた結果、疑似データを用いた検証が無事に終わり、火星大気中のダスト・氷雲の密度および粒径の導出に世界で初めて正解した。計算時間も先行研究に比べ格段に短縮された。MEX/OMEGAによって得られた観測データを用いた実検証に移行し、これまでの成果を学術論文にまとめている。
（２）MAVEN/IUVSおよびTGO/NOMADを用いた火星中層大気の掩蔽観測データを用いて、水蒸気の鉛直輸送過程を明らかにし、南北半球で水蒸気分布が大きく異なること、また惑星規模のハドレー循環が水蒸気を高高度に輸送している様子を明らかにした。また、夜側にモデル予測値よりも100Kも温度の高い異常昇温層を発見した他、擾乱成分のスペクトル解析から波長の比較的長い大気重力波成分が上方伝搬し超高層大気に大きく影響を及ぼす様子を初めて明らかにした。地上観測によりダストストーム中では中層大気で高速の東西風が加速される様子を捉え、大気重力波や水蒸気の伝搬過程に背景風の変化が影響を及ぼすことがわかった。
（３）MAVEN/NGIMSを用いてより高高度の大気組成変化を調べた結果、下層大気の季節変化やダストストームに伴う変動が宇宙に散逸しうる超高層大気組成を大きく変化させうることが明らかになった。これには下層から伝搬する大気重力波が中層大気で砕破・飽和することで乱流活動が活発になり、均一圏界面高度を大きく変化させうることが原因であることが明らかになりつつある。

研究成果

• [国際共同研究] LESIA, Paris Observatory/LATMOS/CNES(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: LESIA, Paris Observatory/LATMOS/CNES
• [国際共同研究] コロラド大学/ヴァージニア大学/アリゾナ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: コロラド大学/ヴァージニア大学/アリゾナ大学
• [国際共同研究] ベルギー王立宇宙航空研究所(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: ベルギー王立宇宙航空研究所
• [雑誌論文] Can we constrain the origin of Mars' recurring slope lineae using atmospheric observations? (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Hiroyuki、Kuroda Takeshi、Aoki Shohei、Nakagawa Hiromu
  • 雑誌名: Icarus 巻: 371 ページ: 114688～114688
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114688
  • 査読あり
• [雑誌論文] Martian moons exploration MMX: sample return mission to Phobos elucidating formation processes of habitable planets (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto Kiyoshi et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01545-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Mars system revealed by the Martian Moons eXploration mission (2022)
  • 著者名/発表者名: Ogohara Kazunori、Nakagawa Hiromu、Aoki Shohei et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01417-0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mars’ atmospheric neon suggests volatile-rich primitive mantle (2021)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Hiroyuki、Miura Yayoi N.、Sugita Seiji、Cho Yuichiro、Leblanc Francois、Terada Naoki、Nakagawa Hiromu
  • 雑誌名: Icarus 巻: 370 ページ: 114685～114685
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114685
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Science operation plan of Phobos and Deimos from the MMX spacecraft (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Tomoki、Ikeda Hitoshi、Kouyama Toru、Nakagawa Hiromu et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01546-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In situ observations of ions and magnetic field around Phobos: the mass spectrum analyzer (MSA) for the Martian Moons eXploration (MMX) mission (2021)
  • 著者名/発表者名: Yokota Shoichiro、Terada Naoki、Matsuoka Ayako、Murata Naofumi、Saito Yoshifumi、Delcourt Dominique、Futaana Yoshifumi、Seki Kanako、Schaible Micah J.、Asamura Kazushi、Kasahara Satoshi、Nakagawa Hiromu、Nishino Masaki N.、Nomura Reiko、Keika Kunihiro、Harada Yuki、Imajo Shun
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01452-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MIRS: an imaging spectrometer for the MMX mission (2021)
  • 著者名/発表者名: Barucci Maria Antonietta、Reess Jean-Michel、Bernardi Pernelle、Doressoundiram Alain、Fornasier Sonia、Le Du Michel、Iwata Takahiro、Nakagawa Hiromu et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-021-01423-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Seasonal and Dust‐Related Variations in the Dayside Thermospheric and Ionospheric Compositions of Mars Observed by MAVEN/NGIMS (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Nao、Terada Naoki、Nakagawa Hiromu、Brain David A.、Sakai Shotaro、Nakamura Yuki、Benna Mehdi、Masunaga Kei
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 126 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2021JE006926
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Global climate and river transport simulations of early Mars around the Noachian and Hesperian boundary (2021)
  • 著者名/発表者名: Kamada A.、Kuroda T.、Kasaba Y.、Terada N.、Nakagawa H.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 368 ページ: 114618～114618
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2021.114618
  • 査読あり
• [学会発表] 火星・金星微量大気の分光観測で目指す 物質輸送・化学プロセスの理解 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田奈央, 中川広務, 青木翔平, 寺田直樹, Severine Robert, Ann Carine Vandaele, TGO/NOMADチーム
  • 学会等名: 惑星圏研究会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 中空光ファイバを用いた惑星探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 塚田悟輝, 中川広務, 村田功, 平原靖大, 笠羽康正, 片桐崇史, 松浦祐司, 山崎敦, 宮本明歩
  • 学会等名: 惑星圏研究会
• [学会発表] Mesospheric response during 2018 planetary encircling dust event on Mars (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Nakagawa, S. Gupta, S. Jain, N. Schneider, J. Fayu, R. Yelle, L. Verdier, F. Montmessin; Tohoku Univ., Univ. Colorado, Univ. Arizona, LATMOS
  • 学会等名: 惑星圏研究会
• [学会発表] リム観測による火星大気鉛直構造の解明を目指す新大気リトリーバル技術の検証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小暮李成, 笠羽康正, 青木翔平, Arnaud Mahieux, 中川広務, 佐藤隆雄, 黒田剛史, 吉田奈央, 岩渕弘信, 出村裕英
  • 学会等名: 惑星圏研究会
• [学会発表] Mars Ice Mapperとの協働による戦略的海外計画提案に向けたオーロラカメラ機器開発検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中川広務, 山崎敦, 坂野井健, 武山芸英, 塩谷圭吾, 石橋高, 高島健, 原田裕己, 原拓也, 青木 翔平, 益永圭, 堺正太朗, 斎藤昭則, 穂積裕太, 吹澤瑞貴, 中村勇貴, 寺田直樹, 関華奈子, Nick Schneider, Sonal Jain, Justin Deighan
  • 学会等名: 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] Variation of CO/CO2 profile in the Martian middle atmosphere observed by TGO/NOMAD (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田 奈央、中川 広務、青木 翔平、Erwin Justin、Vandaele Ann Carine、村田 功、Thomas Ian、Frank Daerden、Lori Neary、小山 俊吾、寺田 直樹、笠羽 康正、Bojan Ristic、Manish Patel、Giancarlo Bellucci、Jose-Juan Lopez-Moreno
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 火星熱圏密度中にみられる波状擾乱の年変動 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中川 広務、吉田 奈央、寺田 香織、寺田 直樹、原田 裕己、堺 正太朗、今村 剛、藤原 均、関 華奈子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Impacts of solar energetic particles at Mars: Global diffuse aurora and atmospheric chemistry (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 勇貴、寺田 直樹、Leblanc Francois、中川 広務、堺 正太朗、晝場 清乃、片岡 龍峰、村瀬 清華
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • 招待講演
• [学会発表] 太陽高エネルギー粒子が火星オゾン大気に与える影響の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 晝場 清乃、中村 勇貴、中川 広務、寺田 直樹、堺 正太朗、村田 功、二穴 喜文
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Global climate and river transport simulations of early Mars during the late Noachian and the early Hesperian (2021)
  • 著者名/発表者名: 鎌田 有紘、黒田 剛史、笠羽 康正、寺田 直樹、中川 広務
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 中空光ファイバを用いた惑星探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 塚田悟輝, 中川広務, 村田功, 平原靖大, 笠羽康正, 片桐崇史, 松浦祐司, 山崎敦, 宮本明歩
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Modeling of SEP induced auroral emission at Mars: Contribution of precipitating protons and effects of crustal fields (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nakamura, Naoki Terada, Francois Leblanc, Hiromu Nakagawa, Shotaro Sakai, Sayano Hiruba, Ryuho Kataoka and Kiyoka Murase
  • 学会等名: EGU
  • 国際学会
• [学会発表] MIRS - MMX OBSERVATIONS OF MARTIAN SYSTEM (2021)
  • 著者名/発表者名: M.A. Barucci, J.-M. Reess, P. Bernardi, S. Fornasier, A. Doressoundiram, M. Le Du and V. Tyrou, E. Sawyer, T. Iwata, H. Nakagawa, T. Nakamura and MIRS team
  • 学会等名: LPSC
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical prediction of changes in atmospheric compositions during SEP events at Mars (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nakamura, Naoki Terada, Francois Leblanc, Ali Rahmati, Hiromu Nakagawa, Shotaro Sakai, Sayano Hiruba, Ryuho Kataoka, and Kiyoka Murase
  • 学会等名: SGEPSS
• [学会発表] TGO/NOMADからリトリーバルした火星中間圏・下部熱圏の CO/CO2分布の変動 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, N., H. Nakagawa, S. Aoki, J. Erwin, A. C. Vandaele, I. Murata, I. Thomas, F. Daerden, L. Neary, L. Trompet, S. Koyama, N. Terada, Y. Kasaba, B. Ristic, M. Patel, G, Bellucci, and J. J. Lopez-Moreno
  • 学会等名: SGEPSS
• [学会発表] リム観測による火星大気鉛直構造の解明を目指す新大気リトリーバル技術の検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: Risei Kogure, Shohei Aoki, Arnaud Mahieux, Hiromu Nakagawa, Takeshi Kuroda, Yasumasa Kasaba, Sato Takao, Nao Yoshida , Hirohide Demura
  • 学会等名: SGEPSS
• [学会発表] 太陽高エネルギー粒子が火星オゾンに与える影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: Sayano Hiruba, Hiromu Nakagawa, Yuki Nakamura, Naoki Terada, Isao Murata, Shotaro Sakai and Yoshifumi Futaana
  • 学会等名: SGEPSS
• [学会発表] Remote sensing of surface pressure on Mars by CO2 2μm absorption band observed by Mars Express/OMEGA (2021)
  • 著者名/発表者名: 風間暁,笠羽康正,中川広務,佐藤隆雄,青木翔平, 黒田剛史,小暮李成 ,鈴木湧平 ,村田功 ,吉田奈央
  • 学会等名: SGEPSS
• [学会発表] 火星熱圏・電離圏にみら れる密度擾乱の励起源 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中川広務, Scott England, 吉田奈央, 堺正太朗, 原田裕己, Mehdi Benna, 寺田香織, 寺田直樹, 藤原均, 今村剛, 関華奈子
  • 学会等名: SGEPSS
• [学会発表] 火星衛星探査計画MMXによる火星気象観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 青木翔平, 中川広務, 小郷原一智, 今村剛, 神山徹, 今井正尭, 佐藤隆雄, 佐川英夫, 益永圭, 寺田直樹, 臼井寛裕, MMX火星圏サブサイエンスチーム
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
• [学会発表] 地球型惑星大気にみられる乱流拡散係数の多様性 (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Nakagawa, N. Yoshida, H. Fujiwara, N. Terada, T. Imamura, K. Seki, S. Aoki, Y. Kasaba
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
• [学会発表] 地球型惑星大気にみられる乱流拡散係数の多様性 (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Nakagawa, N. Yoshida, H. Fujiwara, N. Terada, T. Imamura, K. Seki, S. Aoki, Y. Kasaba
  • 学会等名: 日本惑星科学会
• [学会発表] MMX搭載赤外線分光計MIRSの 科学目標と開発状況 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩田隆浩, 中川広務, 土屋史紀, 中村智樹, Maria Antonietta Barucci, Jean-Michel Reess, Pernelle Bernardi, Alain Doressoundiram, Sonia Fornasier, Michel Le Du, Eric Sawyer , Veronique Tyrou
  • 学会等名: 日本惑星科学会
• [学会発表] 中空光ファイバを用いた太陽系内探査用中間赤外レーザーヘテロダイン分光器の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 塚田 悟輝, 中川広務, 村田功, 平原靖大, 笠羽康正, 片桐崇史, 松浦祐司, 宮本明歩, 山崎敦
  • 学会等名: 日本惑星科学会
• [学会発表] Mars’ atmospheric neon: Implications for volatile-rich primitive mantle and its origins (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kurokawa, Yayoi N. Miura, Seiji Sugita, Yuichiro Cho, Francois Leblanc, Naoki Terada, Hiromu Nakagawa
  • 学会等名: 日本惑星科学会
• [学会発表] Influences of solar energetic particles on the Mar-tian ozone (2021)
  • 著者名/発表者名: 晝場清乃,中川広務,中村勇貴,寺田直樹,堺正太朗,村田功,二穴喜文
  • 学会等名: 日本惑星科学会
• [学会発表] Variation of CO/CO2 profiles in the Martian mesosphere and lower thermosphere retrieved from TGO/NOMAD (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, N., H. Nakagawa, S. Aoki, J. Erwin, A. C. Vandaele, I. Murata, I. Thomas, F. Daerden, L. Neary, S. Koyama, N. Terada, Y. Kasaba, B. Ristic, M. Patel, G. Bellucci, and J.-J. Lopez Moreno
  • 学会等名: EPSC
• [学会発表] MIRS Imaging Spectrometer for the Martian Moon Explorer (MMX) Mission (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Fornasier, M.A. Barucci, J.M. Reess, P. Bernardi, M. Le Du, A. Doressoundiram, T. Iwata, H. Nakagawa, T. Nakamura, F. Chapron, N. Nguyen Tuong, J. Parisot, M. Castelnau, A. Bour, F. Tache, and MIRS Team
  • 学会等名: EPSC
• [学会発表] Observation opportunities for Mars atmosphere with the MIRS instrument aboard the Martian Moon eXploration mission (2021)
  • 著者名/発表者名: A. Doressoundiram, T. Gautier, M.A. Barucci, S. Fornasier, S. Aoki, J.M. Reess, P. Bernardi, M. Le Du, E. Sawyer, T. Iwata, H. Nakagawa, T. Nakamura and MIRS Team
  • 学会等名: EPSC
• [学会発表] Phobos and Deimos as observed by MIRS spectrometer on board of Martian Moon eXploration (MMX) mission (2021)
  • 著者名/発表者名: M.A. Barucci, J.M. Reess , P. Bernardi, M. Le Du , A. Doressoundiram, S. Fornasier, E. Sawyer, T. Iwata, H. Nakagawa, T. Nakamura, and MIRS Team
  • 学会等名: EPSC
• [学会発表] Modeling of diffuse auroral emission at Mars: Contribution of MeV protons (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nakamura, Naoki Terada, Francois Leblanc, Ali Rahmati, Hiromu Nakagawa, Shotaro Sakai, Sayano Hiruba, Ryuho Kataoka and Kiyoka Murase
  • 学会等名: EPSC