ジオスペース可視化への挑戦: ジオスペースX線撮像シミュレーション

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K20945
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 三好 由純 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (10377781)
• 研究分担者: 松本 洋介 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (20397475) ; 江副 祐一郎 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (90462663) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2024-03-31
• キーワード: ジオスペース撮像 / X線 / 太陽風磁気圏相互作用

研究実績の概要

地球周辺の宇宙空間であるジオスペースは、太陽風と地球磁場との相互作用によって形成されており、磁気圏や電離圏などのプラズマ領域から構成されている。従来、ジオスペースは人工衛星の「その場」での観測によって研究が進められてきた。しかし、他の天体とは異なり、ジオスペースを可視化するための手段が知られていなかったため、ジオスペースの全体像を可視化することは不可能と考えられてきた。しかし、太陽風に含まれている多価の酸素イオンが地球の外圏大気（ジオコロナ）と電荷交換反応を行う際に放射されるX線が発見され、そのX線撮像を通したジオスペース撮像に向けた人工衛星計画等が進んでいる。本研究では、このX線によるジオスペースの可視化を実現する可能性を追求し、その定量的な評価を行うために、独自の電磁流体力学計算にもとづくジオスペース全体のシミュレーションを実施した。さらにジオコロナのモデルと組み合わせた計算によって、O7+イオンがジオコロナと電荷交換反応を起こす際に放射されるX線の計算を行った。本年度は、地球の磁軸と自転軸の傾きの効果を組み込んだ計算を行った。その結果、昼側磁気圏の特にカスプ領域からの発光については、夏至および冬至付近で強く発光することが明らかになるとともに、春分や秋分における発光はそれほど強くないことが明らかになった。これは、将来の人工衛星の観測戦略に関して、撮像時期の季節依存性を考慮することの重要性を指摘する結果である。

研究成果

• [雑誌論文] Ground-based and additional science support for SMILE (2024)
  • 著者名/発表者名: Carter, J.A., M. Dunlop, C. Forsyth, K. Oksavik, E. Donovon, T. Sergienko, R.C. Fear, D.G. Sibeck, M. Connors, T. Yeoman, X. Tan, M.G. G.T. Taylor, R. Barnes, D. D. Billet, G. Chisham, A. Dimmock, M. P. Freeman, M. K. James, L. Juusola, K. Kauristie, E. A. Kronberg, M. Lester, Y. Miyoshi, et al.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Physics 巻: 8 ページ: 275～298
  • DOI: 10.26464/epp2023055
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GEOspace X-ray imager (GEO-X) (2023)
  • 著者名/発表者名: Ezoe Yuichiro、Funase Ryu、Nagata Harunori、Miyoshi Yoshizumi、Nakajima Hiroshi、Mitsuishi Ikuyuki、Ishikawa Kumi、Numazawa Masaki、Kawabata Yosuke、Nakajima Shintaro、Fuse Ryota、Boden Ralf C.、Kamps Landon、Yoneyama Tomokage、Hagino Kouichi、Matsumoto Yosuke、Hosokawa Keisuke、Kasahara Satoshi、Hiraga Junko、et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.9.3.034006
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Soft X-ray Imaging of the Earth's High-latitude Reconnection Region Und er Northward Interplanetary Magnetic Fields (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Momose, Y. Matsumoto, and Y. Miyoshi
  • 学会等名: AOGS 2023
  • 国際学会