低アルフヴェン・マッハ数の太陽風に対する地球磁気圏・電離圏の応答の研究

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03947
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 西野 真木 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 宇宙航空プロジェクト研究員 (50466794)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: アルフヴェン・マッハ数 / 太陽風 / 磁気圏 / 磁気圏プラズマ輸送 / 宇宙天気予報 / 低密度太陽風

研究実績の概要

低密度太陽風の場合とそうでない場合の磁気圏の比較をおこなうため、まず惑星間空間磁場(IMF)が北向きかつ高密度の太陽風の場合に着目して近尾部プラズマシートの詳しいデータ解析をおこなった。加速源からの距離と飛行時間を推定する手法として、前年度までに実施したエネルギー分散の解析に加え、分布関数のピッチ角分散の解析をおこない、２つの手法による推定結果に矛盾がないことを確認した。（論文投稿済、revise中）
先行研究でsub Alfvenic（アルフヴェン・マッハ数が1未満）と言われていた事例について検討をおこなった。磁気圏の前面に位置していたGEOTAIL衛星のデータから、実際にはfast modeの定在衝撃波が形成されていたことがわかり、この事例はsub Alfvenicではなくsuper Alfvenicであったことを示した。言い換えれば、先行研究で示された磁気圏側の様子は、sub Alfvenicでない条件下であっても発生したということである。（論文準備中）
今年度はまだ太陽活動度が上昇に転じてから間もないため、低マッハ数の太陽風の発生頻度は低かった。そのため、統計解析ではなく事例解析を先行することにし、低マッハ数太陽風のときにMMS衛星がY=0付近の磁気圏境界面でプラズマのジェットを観測した事例に着目した。ジェットは尾部方向と太陽方向の場合があり、いずれもAlfven速度程度の加速が見られた。この傾向は過去にGEOTAIL衛星が観測したものと整合的であり、低マッハ数太陽風のときには磁気圏の脇腹付近の磁気圏境界面を介したプラズマ輸送が主として磁気リコネクションによって担われるとする仮説を支持する結果が得られた。（論文準備中）

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

進捗が遅れている理由は２点ある。１点目は、コロナ禍のため出張が難しくなったことによる。直接会って議論するタイプの共同研究（特に磁気圏電離圏結合に関する新たな共同研究）に着手することができなかった。２点目は、分布関数のピッチ角分散の解析手法を確立するのに想定以上の時間を要したことによる。

今後の研究の推進方策

低密度太陽風の事例のうち、2020年度に発見したMMS衛星による磁気圏境界面のデータについて、高時間分解能のデータの解析に着手する。
2020年度までに確立したエネルギー分散およびピッチ角分散の解析手法を用いて、低密度太陽風のときの磁気圏プラズマシート内で見られるプラズマの加速源までの距離と飛行時間を解析することにより、プラズマ輸送経路を推定することを試みる。
また、感染症の収束状況に応じて、磁気圏電離圏結合の共同研究を徐々に進めていく。

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍により出張をすべて取りやめたことにより、未使用額が発生した。また、成果をまとめた論文を学術誌に投稿したが年度内に受理に至らなかったため、その額も未使用となった。2021年度は国際学会の招待講演があり、また上記の論文の出版もあるため、成果公表のための経費として使用する。
感染症が収束していった場合には、主として磁気圏電離圏結合の共同研究を進めていくため議論のための出張経費として使用する。しかし2020年度と同様に出張が難しい場合には、これまでにおこなった解析の結果を早期にまとめて論文として出版していくことを優先し、その経費として使用する予定である。
新規の計算機の購入を考えているが、解析用ソフトウェアのバージョン依存性なども考慮しながら慎重に判断したい。

研究成果

• [国際共同研究] NASA/UCLA/University of Maryland(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA/UCLA/University of Maryland
• [国際共同研究] KASI/KUST(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: KASI/KUST
• [国際共同研究] IRAP(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: IRAP
• [国際共同研究] National Cheng Kung Unversity/Academia Sinica(台湾)
  • 国名: 台湾
  • 外国機関名: National Cheng Kung Unversity/Academia Sinica
• [学会発表] Multi-spacecraft observations of cold-dense plasma sheet under northward IMF (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaki N Nishino, Yoshifumi Saito, Iku Shinohara, Tsugunobu Nagai, Kazushi Asamura, Yoichi Kazama, Shiang-Yu Wang, Sunny Wing-Yee Tam, Ayako Matsuoka, Yoshizumi Miyoshi, Barbara L Giles, Christopher T Russell, Daniel J Gershman, Benoit Lavraud, Yukinaga Miyashita
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] On the origin of cold-dense plasmas in the dusk magnetotail plasma sheet: MMS observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaki N. Nishino, Yoshifumi Saito, Hiroshi Hasegawa, Naritoshi Kitamura, Yukinaga Miyashita, Tsugunobu Nagai, Barbara L Giles, Christopher T Russell, Daniel J Gershman
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第148回講演会