ホイッスラーモード相対論加速による放射線帯形成過程の研究

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20340135
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 大村 善治 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (50177002)
• 研究分担者: 笠原 禎也 金沢大学, 総合メディア基盤センター, 准教授 (50243051)
• キーワード: 磁気圏・電離圏 / 宇宙科学 / 超高層物理学 / 地球電磁気

研究概要

ホイッスラーモード波の中でも周波数が大幅に変動するコーラス放射が放射線帯を含む内部磁気圏において頻繁に発生しており、放射線帯の相対論的電子に加速において重要な役割を果たしていることが、観測的にもまた理論・シミュレーションからも明らかになってきた。磁気嵐の発生時に、大きな磁場擾乱のために放射線帯外帯の電子は一度は消失するが、その後数日かけて次第に回復し、ふたたび強い相対論的電子フラックスを持つ放射線帯が形成されることがわかってきた、この時同時に、強いホイッスラーモード・コーラス放射が頻繁に発生していることを、「あけぼの」衛星観測データを解析することから検証した。これによりコーラス放射が相対論的電子加速において本質的な役割を果たしていることが推察される。一方、コーラス放射と共鳴するテスト粒子シミュレーションに基づいて、放射線帯の電子フラックスの長時間にわたる変動を評価する手法を開発した。コーラス放射は大幅な周波数変動を伴いつつも位相が滑らかに変化する特異な波である。この発生メカニズムについて理論的考察を行い、コーラス放射の発生機構を解明した。この理論はホイッスラー波と共鳴する粒子の厳密な非線形軌道の解析に基づくものであり、従来の線形理論に基づく波動成長機構とは全く異なる非線形機構に基づく新しい非線形波動成長理論である。この理論から結論される周波数変動とコーラス波の振幅との関係を、コーラスの発生過程を再現した電子ハイブリッドコードおよび電磁粒子コードによる2種類のシミュレーションにおいて検証することに成功した。さらに、これらのコードに新しい並列化アルゴリズムの実装を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Full particle simulation of whistler-mode rising lchorus emissions in the magnetosphere (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Hikishima, S. Yagitani, Y. Omura, I. Nagano
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 114, A01203 ページ: doi : 10. 1029/2008JA013625
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous Satellite Observations of VLF Chorus, Hot and Relativistic Electrons in a Magnetic Storm "Recovery" Phase (2009)
  • 著者名/発表者名: I. Kasahara, Y. Miyoshi, Y. Omura, O. P. Verkhoglyadova, I. Nagano, I. Kimura, B. T. Tsurutani
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 36, L01106 ページ: doi : 10. 1029/2008GL036454
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory and simulation of the generation of whistler-mode chorus (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura, Y. Katoh, D. Summers
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 113, A04223 ページ: doi : 10. 1029/2007JA012622
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relativistic turning acceleration of radiation belt electrons by whistler mode chorus (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Furuya, Y. Omura, D. Summers
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 113, A04224 ページ: doi : 10. 1029/2007JA012478
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid energization of radiation belt electrons by nonlinear wave trapping (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Katoh, Y. Omura, D. Summers
  • 雑誌名: Ann. Geophys. 26 ページ: 3451-3456
  • 査読あり
• [学会発表] A nonlinear kinetic theory of self-sustaining whistler-mode wave emissions in the inner magnetosphere (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Omura, M.Hikishima, Y.Katoh, D.Summers, S.Yagitani
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU) 2008 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20081215-20081221
• [学会発表] Study of the Characteristics of Whistler-mode Chorus Generation in the Earth's Magnetosphere by Electron (2008)
  • 著者名/発表者名: Y Katoh, Y Omura
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU) 2008 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20081215-20081221
• [学会発表] Full particle simulation of whistler-mode chorus emissions in the magnetosphere (2008)
  • 著者名/発表者名: M Hikishima, S Yagitani, Y Omura, I Nagano
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU)2008 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20081215-20081221
• [学会発表] Mirror-Mode Instability versus L-Mode Electromagnetic Ion Cyclotron Instability : Comparison of 2-D and 3-D Simulations (2008)
  • 著者名/発表者名: M Shoji, Y Omura, B Tsurutani, O Verkhogryadova, B Lembege
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU)2008 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20081215-20081221
• [学会発表] One-chip Wave-Particle Interaction Analyzer for Space Plasma Observations (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Fukuhara, H. Kojima, Y. Ueda, Y. Omura, Y. Katoh, H. Yamakawa
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第124回総会・講演会
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20081009-20081012
• [学会発表] Computer experiment of Wave-Particle Interaction Measurement in Space Plasmas (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda, Y. Omura, H. Kojima
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第124回総会・講演会
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20081009-20081012
• [学会発表] 磁気圏におけるホイッスラーモード・コーラス放射の励起機構 (2008)
  • 著者名/発表者名: 大村善治, 疋島充, 加藤雄人, Summers Danny, 八木谷聡
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第124回総会・講演会
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20081009-20081012
• [学会発表] Full particle simulation of whistler-mode chorus emissions in the magnetosphere (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hikishima, S. Yagitani, Y. Omura, I. Nagano
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第124回総会・講演会
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20081009-20081012
• [学会発表] Study of characteristics of whistler-mode chorus wave generation by electron hybrid simulation (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Katoh, Y. Omura
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第124回総会・講演会
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20081009-20081012
• [学会発表] ペタスケールコンピューティングによる放射線帯電子加速シミュレーションの展望 (2008)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄人, 大村善治, 臼井英之, 中島浩
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第124回総会・講演会
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20081009-20081012
• [学会発表] Relativistic electron acceleration by whistler-mode chorus emissions (2008)
  • 著者名/発表者名: 大村善治
  • 学会等名: 3rd VERSIM Workshop 2008
  • 発表場所: Tihany, Hungary
  • 年月日: 20080915-20090920
• [学会発表] Theory and simulation of the generation of whistler-mode chorus emissions (2008)
  • 著者名/発表者名: 大村善治
  • 学会等名: 3rd VERSIM Workshop 2008
  • 発表場所: Tihany, Hungary
  • 年月日: 20080915-20080920
• [学会発表] Electron hybrid simulation of whistler-mode chorus generation in the earth's inner magnetosphere (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Katohl, Y. Omura
  • 学会等名: URSI XXIXth General Assembly
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 20080807-20080816
• [学会発表] Nonlinear wave growth theory of whistler-mode choru semissions (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura, Y. Katoh, D. Summers
  • 学会等名: URSI XXIXth General Assembly
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 20080807-20080816
• [学会発表] Ultra-relativistic acceleration of radiation belt electrons (2008)
  • 著者名/発表者名: D. Summers, Y. Omura
  • 学会等名: URSI XXIXth General Assembly
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 20080807-20080816
• [学会発表] Relativistic electron acceleration by whistlermode chorus emissions in radiation belts (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura, D. Summers
  • 学会等名: URSI XXIXth General Assembly
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 20080807-20080816
• [学会発表] Nonlinear wave growth theory of whistler-mode chorus emissions induced by substorms (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura
  • 学会等名: 37th Committee on Space Research(COSPAR)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20080713-20080720
• [学会発表] Relativistic electron acceleration by whistler-mode chorus emissions associated with substorms (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura
  • 学会等名: 37th Committee on space Research(COSPAR)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20080713-20080720
• [学会発表] Rapid energization of relativistic electrons by nonlinear wave trapping (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Katoh, Y. Omura, D. Summers
  • 学会等名: 37th Committee on Space Research(COSPAR)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20080713-20080720
• [学会発表] Ultra-relativistic acceleration of radiation belt electrons (2008)
  • 著者名/発表者名: D. Summers, Y. Omura
  • 学会等名: 37th Committee on Space Research(COSPAR)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20080713-20080720
• [学会発表] Theoretical Study of Wave Particle Correlation〉Measurement via 1-D Electromagnetic Particle Simulation (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda, Y. Omura, H. Kojima
  • 学会等名: 37th Committee on space Research(COSPAR)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20080713-20080720
• [学会発表] Relativistic Electron Acceleration by Whistler-mode Chorus Emissions Associated with Substorms (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura, D. Summers
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS)2008
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 20080616-20080620
• [学会発表] Theory and simulation of the generation of whistler-mode chorus (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Omura, Y.Kato, D.Summers
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2008
  • 発表場所: Makuhari, Japan
  • 年月日: 20080525-20080530
• [学会発表] Relativistic turning acceleration of radiation belt electrons by whistler-mode chorus (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Fumya, Y. Omura, D. Summers
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2008
  • 発表場所: Makuhari, Japan
  • 年月日: 20080525-20080530
• [学会発表] Rapid energization of relativistic electrons by nonlinear wave trapping (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato, Y. Omura, D. Summers
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2008
  • 発表場所: Makuhari, Japan
  • 年月日: 20080525-20080530
• [学会発表] Wave particle correlater simulation via ID electromagnetic particle code (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda, Y. Omura, H. Kojima, K. Hashimoto, H. Yamakawa, H. Fukuhara
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2008
  • 発表場所: Makuhari, Japan
  • 年月日: 20080525-20080530
• [学会発表] Theory and simulation of the generation of whistler mode chorus (2008)
  • 著者名/発表者名: 大村善治
  • 学会等名: The Seventh International Workshop on Nonlinear Waves and Turbulence in Space Plasmas (NLW-7)
  • 発表場所: Beaulieu, FRANCE
  • 年月日: 20080421-20080425