実証型ジオスペースモデリングに向けた内部磁気圏基本モデルの構築による宇宙嵐の研究

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20340134
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 関 華奈子 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 准教授 (20345854)
• キーワード: 磁気嵐(宇宙嵐) / リングカレント / 内部磁気圏 / ドリフト運動論近似 / マクスウェル方程式 / ボルツマン方程式 / 放射線帯 / 粒子加速

研究概要

宇宙嵐に伴う粒子加速過程を理解するためには、内部磁気圏における電磁場と粒子の変動を理解することが不可欠であるが、両者をいかに自己無撞着に解くのか、その手法は確立しておらず、ジオスペース環境変動研究上の懸案の一つとなっている。本研究では、マクスウェル方程式とボルツマン方程式とを同時に数値的に解くことで、内部磁気圏の場と粒子の時間発展を自己無撞着にシミュレートすることが可能な数値コードを世界で初めて開発した。研究計画最終年度である平成23年度には、前年度までに開発したプロトタイプモデルを、放射線帯粒子加速に重要と思われるULF波動のグローバルな分布のシミュレーション問題に応用するなど、具体的な物理課題への適用を行った、得られたULF波動分布から、Pc5帯の波を印加した場合に、リングカレント効果により高周波の波が励起されることが明らかとなった。また、太陽風動圧の急激な上昇に伴い内部磁気圏に励起される電磁波動およびこの動圧上昇がリングカレント粒子に与える影響の研究も行い、SC的な電磁場変動により、リングカレントイオンのピッチ角分布が等方分布からパンケーキ型分布に変化することを示した。さらに今後の粒子加速研究への応用に向けて、相対論的粒子の軌道を正確に解いて統計的に処理する放射線帯テスト粒子コードへ、環電流モデルからの場を提供し結合計算を行った結果、理論的な予測通り、ドリフト周期と波動周期が共鳴条件を満たす場合には、ドリフト共鳴が起こることを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Outer radiation belt boundary location relative to the magnetopause : Implications for magnetopause shadowing (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, C., Y. Miyoshi, K. Seki, S. Saito, V. Angelopoulos, and J. Koller
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 116 ページ: A06212
  • DOI: DOI:10.1029/2011JA016575
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-Scale Coupling in the Auroral Acceleration Region (2011)
  • 著者名/発表者名: C.C.Chaston, K.Seki, T.Sakanoi, K.Asamura, M.Hirahaia, C.W.Carlson
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 38 ページ: L20101
  • DOI: 10.1029/2011GL049185
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for a multi-scale aurora (2011)
  • 著者名/発表者名: C.C.Chaston, K.Seki, T.Sakanoi, K.Asamura, M.Hirahara
  • 雑誌名: Dynamic Magnetosphet, Springer Book ページ: 271-280
  • 査読あり
• [学会発表] Effects of the ring current and plasmasphere on global distribution of ULF waves in the inner magnetosphere based on the GEMSIS-RC model (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Seki, T.Amano, S.Saito, Y.Miyoshi, 他4名
  • 学会等名: Inner Magnetosphere Coupling II workshop
  • 発表場所: ロサンジェルス(米国)
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] Self-consistent drift-kinetic numeical ring-current modeling : Five-dimensional Vlasov-Maxwell approach (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Amano, K.Seki, Y.Miyoshi, 他4名
  • 学会等名: Inner Magnetosphere Coupling II workshop
  • 発表場所: ロサンジェルス(米国)
  • 年月日: 2012-03-20
• [学会発表] Global distribution of ULF waves in the inner magnetosphere based on the GEMSIS-RC model (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Seki, T.Amano, Y.Miyoshi, 他5名
  • 学会等名: AGU fall meeting 2012
  • 発表場所: サンフランシスコ(米国)
  • 年月日: 2011-12-06
• [学会発表] GEMSIS-RCモデルに基づいた内部磁気圏におけるULF波動分布に関する研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 関華奈子, 天野孝伸, 三好由純, 松本洋介, 梅田隆行, 齊藤慎司, 宮下幸長, 海老原祐輔
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2011-11-03
• [学会発表] New models of the inner magnetosphere to investigate high-energy particle variation and the ERG science center (2011)
  • 著者名/発表者名: Kanako Seki, Y.Miyoshi, Y.Miyashita, T.Amano, 他11名
  • 学会等名: Japan-Korea Space Weather Workshop 2011
  • 発表場所: 大田(韓国)
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] Study of the inner inagnetospheric response to pressure pulses in the solar wind based on the GEMSIS-RC model (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Seki, T.Amano, Y.Miyoshi, 他5名
  • 学会等名: IUGG General Assembry
  • 発表場所: メルボルン(オーストラリア)(招待演講)
  • 年月日: 2011-07-06
• [学会発表] On roles of the K-H instability in the formation of the cold dense plasma sheet during northward IMF periods : PSD observations and PIC simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: Kanako Seki, Yosuke Matsumoto, Benoit Lavraud, Yoshifumi Saito, Henri Reme
  • 学会等名: IUGG General Assembry
  • 発表場所: メルボルン(オーストラリア)(招待演講)
  • 年月日: 2011-07-05
• [学会発表] Study of the inner magnetospheric response to pressure pulses in the solar wind based on the GEMSIS-RC model (2011)
  • 著者名/発表者名: 関華奈子, 天野孝伸, 三好由純, 他5名
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2011-05-26
• [備考]
  • URL: http://st4a.stelab.nagoya-u.ac.jp/gemsis/magnetosphere/