複数衛星と電離圏レーダー網で挑むジオスペース磁気流体波動の新励起機構の解明

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03949
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 堀 智昭 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 特任准教授 (30467344)
• 研究分担者: 西谷 望 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (10218159)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 磁気圏電離圏結合 / 磁力管振動 / 超低周波振動 / プラズマ対流 / 対流電場 / サブストーム

研究実績の概要

研究計画1) 磁束管振動・伝搬特性と外部条件依存性を調べることを目的として、引き続き中緯度~サブオーロラ帯緯度での磁束管振動の伝搬に関する解析をおよび研究を行った。昨年度までの研究で、理論や経験モデルから予想されるサブオーロラ帯緯度での磁束管振動の周波数より、実際に観測される周波数はかなり低いことがわかり、従来提唱されている磁力線共鳴というメカニズムではうまく説明できないことが示唆された。ただ得られた事例数が少なく普遍的な事実として同定するには至らなかった。今年度は同じような観測の事例数を増やすために、解析範囲を2023年の秋冬シーズンまで拡張し、同様の磁束管振動を複数同定することができた。新規同定事例についての詳細な解析を行っている最中である。研究計画 2)で進めている衛星＋レーダーの同時共役観測については、上記の新規事例同定により、サブオーロラ帯での速い西向きプラズマ流構造(SAPS: Subauroral Polarization Streams) を磁気圏-電離圏で共役観測した事例が増加した。それらの新規事例の中で、疑似オーロラ爆発に伴って複数衛星＋電離圏レーダーによる同時共役SAPS観測に成功している事例があり、それについて詳細な解析を進めた。結果として、疑似オーロラ爆発のようなかなり小規模なオーロラ発達であっても、磁気圏への高エネルギー粒子注入とその経度方向への分布の広がりに伴って、SAPSの方もより西側へ、そしてより低緯度方向に拡大していることがわかった。研究計画 3)については、昨年度から行っている電子雲の空間構造に関して、電子の軌道及び空間発展を演繹的に調べるための粒子軌道計算コードの開発と、その改良を行った。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

研究計画 1)については、当初想定していたより得られる観測事例数が少なく、そのため今年度はさらなる新規事例の同定と詳細解析のために、多くの時間を費やす必要があった。研究計画 2)に関しては、昨年度から継続して行っている論文化を進めつつも、疑似オーロラ爆発に付随した電離圏高速プラズマ流の事例が、本研究計画と深い関連があるため、そちらの事例詳細解析にある程度の時間を割り当てていたことが、当初の予定通りの進捗を得られなかった原因である。一方、研究計画 3)については、電子雲の空間発展を理論的に解析するためのシミュレーションコードの開発に予想以上の時間を要している。電子軌道の解法を相対論化するなどの改良をした上で、観測結果を解釈するための理論計算を行う必要がある。

今後の研究の推進方策

昨年度に続いて、さらに研究期間を１年延長することとし、来年度を最終年度として、これまでの研究で得られた結果を総括して、学術論文という成果として結実させることに全力を注ぐつもりである。また今年度について海外への渡航が可能となり、米国地球物理学会へ現地参加することができ、それによって海外の研究者の前で本研究の結果を発表して多くの議論や知見を得ることができた。また現地で電離圏レーダー関係者と多くの議論を行うことができ、データに関する疑問点を解決し、またそれにより科学的解釈を補強することができた。これらの議論をベースにして、科学的成果の論文化を進める。

次年度使用額が生じた理由

今年度に使用予定だった論文出版費が執行できなかったため。来年度の論文出版での出版費として執行予定。

研究成果

• [雑誌論文] Statistical Study of EMIC Waves and Related Proton Distributions Observed by the Arase Satellite (2023)
  • 著者名/発表者名: Jun C.‐W.、Miyoshi Y.、Nakamura S.、Shoji M.、Kitahara M.、Hori T.、Yue C.、Bortnik J.、Lyons L.、Min K.、Kasahara Y.、Tsuchiya F.、Kumamoto A.、Asamura K.、Shinohara I.、Matsuoka A.、Imajo S.、Yokota S.、Kasahara S.、Keika K.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 128 ページ: e2022JA031131
  • DOI: 10.1029/2022ja031131
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Implication of Detecting the Internal Modulation in a Pulsating Aurora: A Conjugate Observation by the Arase Satellite and All‐Sky Imagers (2023)
  • 著者名/発表者名: Nanjo S.、Ebukuro S.、Nakamura S.、Miyoshi Y.、Kurita S.、Oyama S.‐I.、Ogawa Y.、Keika K.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Matsuoka A.、Hori T.、Yokota S.、Matsuda S.、Shinohara I.、Wang S.‐Y.、Kazama Y.、Jun C.‐W.、Kitahara M.、Hosokawa K.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 128 ページ: e2023JA031499
  • DOI: 10.1029/2023ja031499
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Plasma Pressure Distribution of Ions and Electrons in the Inner Magnetosphere During CIR Driven Storms Observed During Arase Era (2023)
  • 著者名/発表者名: Kumar Sandeep、Miyoshi Y.、Jordanova V. K.、Kistler L. M.、Park I.、Jun C.、Hori T.、Asamura K.、Shreedevi P. R.、Yokota S.、Kasahara S.、Kazama Y.、Wang S.‐Y.、Tam Sunny W. Y.、Chang Tzu‐Fang、Mitani T.、Higashio N.、Keika K.、Matsuoka A.、Imajo S.、Shinohara I.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 128 ページ: e2023JA031756
  • DOI: 10.1029/2023ja031756
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Correspondence of Pi2 Pulsations, Aurora Luminosity, and Plasma Flux Fluctuation Near a Substorm Brightening Aurora: Arase Observations (2023)
  • 著者名/発表者名: Chen L.、Shiokawa K.、Miyoshi Y.、Oyama S.、Jun C.‐W.、Ogawa Y.、Hosokawa K.、Kazama Y.、Wang S. Y.、Tam S. W. Y.、Chang T. F.、Wang B. J.、Asamura K.、Kasahara S.、Yokota S.、Hori T.、Keika K.、Kasaba Y.、Kumamoto A.、Tsuchiya F.、Shoji M.、Kasahara Y.、Matsuoka A.、Shinohara I.、Nakamura S.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 128 ページ: e2023JA031648
  • DOI: 10.1029/2023ja031648
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] The inner edge location of SAPS electric field and the ring current in the equatorial magnetosphere as observed by Arase and SuperDARN (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hori, Y. Miyoshi, S. Nakamura, Y. Kasaba, T. Nakagawa, M. Kitahara, S. Matsuda, N. Nishitani, S. G. Shepherd, J. M. Ruohoniemi, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, Y. Kasahara, K. Asamura, C.-W. Jun, Y. Kazama, S.-Y. Wang, S. W. Y. Tam, K. Keika, S. Kasahara, S. Yokota, A. Matsuoka, I. Shinohara
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of subauroral polarization streams as observed during SuperDARN-Arase conjunctions in Fall 2022 (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hori, K. Hosokawa, N. Nishitani, A. Shinbori, Y. Miyoshi, M. Teramoto, Y. Obana, A. S. Yukimatu, K. Keika, S. Kasahara, S. Yokota, S. Nakamura, Y. Kasaba, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, Y. Kasahara, A. Matsuoka, Y. Kazama, S.-Y. Wang, S. W. Y. Tam, C.-W. Jun, and I. Shinohara
  • 学会等名: SGEPSS 2023 Fall Meeting
• [学会発表] Geomagnetic activity dependence of the inner edge gap between SAPS and the ring current ions: Arase and SuperDARN observations (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hori, Y. Miyoshi, S. Nakamura, Y. Kasaba, T. Nakagawa, M. Kitahara, S. Matsuda, N. Nishitani, S. G. Shepherd, J. M. Ruohoniemi, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, Y. Kasahara, K. Asamura, C.-W. Jun, Y. Kazama, S.-Y. Wang, S. W. Y. Tam, K. Keika, S. Kasahara, S. Yokota1, A. Matsuoka, I. Shinohara
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2023
  • 国際学会