天体放出物質の質量分析による地球型惑星・衛星系に偏在する物質輸送の観測的研究

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K04039
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 横田 勝一郎 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (40435798)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 質量分析 / 地球型惑星 / 衛星 / 物質輸送 / 大気散逸

研究実績の概要

本研究の目的は、地球や月の周回探査機による質量分析データを利用して各天体に対して放出及び供給される物質に関連する現象を解析し、地球・月系に起きている物質輸送を明らかにすることである。モデル化と連動して物理機構を制約することを発展的な目標とする。
1年目の令和2年度から、ジオスペース探査機「あらせ」の観測データから地球から散逸する成分に着目して、主要な酸素イオンに加えて窒素イオンや分子イオンを定量的に同定する手法を開発した。窒素イオンや分子イオンは供給源となる地球電離圏の領域を示す情報となることを利用し、磁気嵐の経過とともに電離圏の供給源が次第に低高度・低緯度に移ることを統計的に示した。本研究で作成した窒素イオンや分子イオンを抽出するツールを「あらせ」の観測データ解析に広く利用できるように、標準化の整備も行った。
月探査衛星「かぐや」の観測データを利用して、天体からの放出されるイオンのうち難揮発性元素の放出量の分布を調査し、天体物質が始原的か進化を受けたかを区別できることを示した。この結果を、開発中の火星衛星探査計画（MMX）用質量分析器の科学目標に関する論文の一部として利用した。運航中の水星探査機BepiColombo用質量分析器の観測計画にも反映させ、金星フライバイ観測で得たデータの解釈に利用した。
以上の成果は、筆頭著者として一つの誌上発表と五つの学会発表となった。また、一つの修士論文と約20本の共著論文にもなった。更に筆頭著者として二つの論文を準備中である。
数値モデルを利用した物理機構の制約に幾つか未完の研究テーマが残ったが、MMX計画での将来観測への課題に繋がることが明らかとなった。

研究成果

• [国際共同研究] IRAP/Laboratoire de Physique des Plasmas(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: IRAP/Laboratoire de Physique des Plasmas
• [国際共同研究] Max-Planck-Institut(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max-Planck-Institut
• [雑誌論文] BepiColombo mission confirms stagnation region of Venus and reveals its large extent (2022)
  • 著者名/発表者名: Persson M.、Aizawa S.、Andre N.、Barabash S.、Saito Y.、Harada Y.、Heyner D.、Orsini S.、Fedorov A.、Mazelle C.、Futaana Y.、Hadid L. Z.、Volwerk M.、Collinson G.、Sanchez-Cano B.、Barthe A.、Penou E.、Yokota S. et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 7743
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35061-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct observations of energy transfer from resonant electrons to whistler-mode waves in magnetosheath of Earth (2022)
  • 著者名/発表者名: Kitamura N.、Amano T.、Omura Y.、Boardsen S. A.、Gershman D. J.、Miyoshi Y.、Kitahara M.、Katoh Y.、Kojima H.、Nakamura S.、Shoji M.、Saito Y.、Yokota S. et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 6259
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33604-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] LatHyS global hybrid simulation of the BepiColombo second Venus flyby (2022)
  • 著者名/発表者名: Aizawa S.、Persson M.、Menez T.、Andr? N.、Modolo R.、G?not V.、Sanchez-Cano B.、Volwerk M.、Chaufray J.-Y.、Baskevitch C.、Heyner D.、Saito Y.、Harada Y.、Leblanc F.、Barthe A.、Penou E.、Fedorov A.、Sauvaud J.-A.、Yokota S.、Auster U.、Richter I.、Mieth J.、Horbury T.S.、Louarn P.、Owen C.J.、Murakami G.
  • 雑誌名: Planetary and Space Science 巻: 218 ページ: 105499～105499
  • DOI: 10.1016/j.pss.2022.105499
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Collaborative Research Activities of the Arase and Van Allen Probes (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi Y.、Shinohara I.、Ukhorskiy S.、Claudepierre S. G.、Mitani T.、Takashima T.、Hori T.、Santolik O.、Kolmasova I.、Matsuda S.、Kasahara Y.、Teramoto M.、Katoh Y.、Hikishima M.、Kojima H.、Kurita S.、Imajo S.、Higashio N.、Kasahara S.、Yokota S. et al.
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 218 ページ: 38
  • DOI: 10.1007/s11214-022-00885-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mesospheric ionization during substorm growth phase (2022)
  • 著者名/発表者名: Murase Kiyoka、Kataoka Ryuho、Nishiyama Takanori、Nishimura Koji、Hashimoto Taishi、Tanaka Yoshimasa、Kadokura Akira、Tomikawa Yoshihiro、Tsutsumi Masaki、Ogawa Yasunobu、Uchida Herbert Akihito、Sato Kaoru、Kasahara Satoshi、Mitani Takefumi、Yokota Shoichiro、et al.
  • 雑誌名: Journal of Space Weather and Space Climate 巻: 12 ページ: 18～18
  • DOI: 10.1051/swsc/2022012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Signatures of Auroral Potential Structure Extending Through the Near‐Equatorial Inner Magnetosphere (2022)
  • 著者名/発表者名: Imajo S.、Miyoshi Y.、Asamura K.、Shinohara I.、Nos? M.、Shiokawa K.、Kasahara Y.、Kasaba Y.、Matsuoka A.、Kasahara S.、Yokota S.、Keika K.、Hori T.、Shoji M.、Nakamura S.、Teramoto M.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 ページ: e2022GL098105
  • DOI: 10.1029/2022GL098105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Statistical Survey of Arase Satellite Data Sets in Conjunction With the Finnish Riometer Network (2022)
  • 著者名/発表者名: Thomas Neethal、Kero Antti、Miyoshi Yoshizumi、Shiokawa Kazuo、Hyotyla Miikka、Raita Tero、Kasahara Yoshiya、Shinohara Iku、Matsuda Shoya、Nakamura Satoko、Kasahara Satoshi、Yokota Shoichiro、et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 127 ページ: e2022JA030271
  • DOI: 10.1029/2022JA030271
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of Electron Precipitation and Ionospheric Density Enhancements Due To Hiss Using Incoherent Scatter Radar and Arase Observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Ma Q.、Xu W.、Sanchez E. R.、Marshall R. A.、Bortnik J.、Reyes P. M.、Varney R. H.、Kaeppler S. R.、Miyoshi Y.、Matsuoka A.、Kasahara Y.、Matsuda S.、Tsuchiya F.、Kumamoto A.、Kasahara S.、Yokota S.、Keika K.、Hori T.、Mitani T.、Nakamura S.、Kazama Y.、Wang S.‐Y.、Jun C.‐W.、Shinohara I.、Tam S. W.‐Y.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 127 ページ: e2022JA030545
  • DOI: 10.1029/2022JA030545
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] BepiColombo Mio Observations of Low‐Energy Ions During the First Mercury Flyby: Initial Results (2022)
  • 著者名/発表者名: Harada Yuki、Aizawa Sae、Saito Yoshifumi、Andr? Nicolas、Persson Moa、Delcourt Dominique、Hadid Lina Z.、Fraenz Markus、Yokota Shoichiro、Fedorov Andr?i、Miyake Wataru、Penou Emmanuel、Barthe Alain、Sauvaud Jean‐Andr?、Katra Bruno、Matsuda Shoya、Murakami Go
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 ページ: e2022GL100279
  • DOI: 10.1029/2022GL100279
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] SS-520-3号機観測ロケット搭載LEPによる極域カスプでのイオン電子の観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 横田勝一郎他
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会・講演会
• [学会発表] 宇宙プラズマ観測用質量分析装置の開発：太陽系探査への展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: 横田勝一郎他
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会・講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 火星衛星探査機MMX搭載低エネルギーイオン質量分析器(MSA)の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 横田勝一郎他
  • 学会等名: JAXA/ISAS宇宙科学に関する室内実験シンポジウム