ＥＭＦ駆動型磁気圏電離圏結合シミュレータによる全球Ｃｏｗｌｉｎｇチャンネルの解明

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22540460
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 吉川 顕正 九州大学, 国際宇宙天気科学・教育センター, 講師 (70284479)
• 研究分担者: 寺田 直樹 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70470060)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: Cowlingチャンネル / 磁気圏電離圏結合 / アルヴェーン波

研究概要

本年度は非一様・非等方性電離層とAlfven波によって運ばれる沿磁力線電流系の相互作用について、電離層電流が伝導度勾配領域を横切る時に生じる分極場生成プロセスを３次元電流クロージャーの観点からの再定式化と数値実験を行い、Cowlingチャンネル生成に関する重要な知見を得た。主な成果を以下のとおりである。
伝導度勾配領域で生じる過剰電流の電離圏閉じ込め効率、及び磁気圏への沿磁力線電流として解放効率を理論的に定式化に成功。通常のオーロラ帯でのパラメータ、ΣP>>ΣAの状況では勾配を横切ることによって生じる殆どの電流発散が電離圏内に閉じ込められ、分極場生成効率は最大となることを発見。但しこの閉じ込め効率は～１０ｋｍ以下の空間スケールでは小さくなり、電流発散の閉じ込め効率は小さくなり効率良く沿磁力線電流と閉じること、逆に分極場生成効率は下がることを確認。Pedersen電流が伝導度勾配領域を横切る時に生じるPedersen分極場は電離圏対流に対して、高（低）伝導度領域での対流流線密度の増大（減少）、即ち、対流の減速（加速）をもたらすことを証明。Hall電流が伝導度勾配領域を横切る時に生じるHall分極場は電離圏対流に対して、高（低）伝導度領域では磁力線を軸として対流流線の時計回り（反時計回りの回転）、即ち対流の捻れを生成することを解明。Hall分極場生成がもたらしうる更なる特異な性質として、高伝導度領域内に端を発するシステムについては、ソース領域から生じる電場を伝導度バンドに閉じ込める効果をもたらすことを発見。この結果は等方性伝導度システムで生じうる場合と真逆であり、Cowing効果の観測的実証への道を拓く。伝導度の等値線に沿った領域でも、Alfven伝導度を観測的に推定する手法を提唱。
以上の結果は、国際学術誌、JGR Space Physicsに二編の論文として投稿された。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] General solution for calculating polarization electric fields in the auroral ionosphere and application examples (2013)
  • 著者名/発表者名: Amm O., R. Fujii, H. Vanhamaki1, A. Yoshikawa, A. Ieda
  • DOI: DOI:10.1002/jgra.50254
  • 査読あり
• [雑誌論文] An application of the finite length Cowling channel model to auroral arcs with longitudinal variations (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujii, R., O. Amm, H. Vanhamaki, A. Yoshikawa, and A. Ieda
  • 雑誌名: J. Geophys. Res 巻: 117 ページ: A11217
  • DOI: DOI:10.1029/2012JA017953
  • 査読あり
• [雑誌論文] Poleward moving auroral arcs observed at the South Pole Station and the interpretation by field line resonances (2012)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, Y.-M., Y. Ebihara, S. Saita, A. Yoshikawa, Y. Obana, and A. T. Weatherwax
  • 雑誌名: J. Geophys. Res 巻: 117 ページ: A09305
  • DOI: DOI:10.1029/2012JA017899
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionospheric Joule heating and Poynting flux in quasi-static approximation (2012)
  • 著者名/発表者名: Vanhamaki, H., A. Yoshikawa, O. Amm, and R. Fujii
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 117 ページ: A08327
  • DOI: DOI:10.1029/2012JA017841
  • 査読あり
• [雑誌論文] Centrifugally stimulated exospheric ion escape at Mercury (2012)
  • 著者名/発表者名: Delcourt, D. C., K. Seki, N. Terada, and T. E. Moore
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 39 ページ: L22105
  • DOI: 10.1029/2012GL054085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Storm-time electron density enhancement in the cleft ion fountain (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, N., Y. Nishimura, M. O. Chandler, T. E. Moore, N. Terada, T. Ono, A. Shinbori, and A. Kumamoto
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 117 ページ: A11212
  • DOI: 10.1029/2012JA017900
  • 査読あり
• [雑誌論文] A simulation study of the current-voltage relationship of the Io tail aurora (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, K., N. Terada, Y. Katoh, and H. Misawa
  • 雑誌名: 10.1029/2012JA017790 巻: 117 ページ: A10214
  • DOI: Journal of Geophysical Research
  • 査読あり
• [雑誌論文] Statistical study of broadband whistler-mode waves detected by Kaguya near the Moon (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsugawa, Y., Y. Katoh, N. Terada, T. Ono, H. Tsunakawa, F. Takahashi, H. Shibuya, H. Shimizu, M. Matsushima, Y. Saito, S. Yokota, and M. N. Nishino
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 39 ページ: L16101
  • DOI: 10.1029/2012GL052818
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoelectron flows in the polar wind during geomagnetically quiet periods (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitamura, N., K. Seki, Y. Nishimura, N. Terada, T. Ono, T. Hori, and R. J. Strangeway
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 117 ページ: A07214
  • DOI: 10.1029/2011JA017459
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suzaku Observations of Charge Exchange Emission from Solar System Objects (2012)
  • 著者名/発表者名: Ezoe, Y., R. Fujimoto, N. Y. Yamasaki, K. Mitsuda, T. Ohashi, K. Ishikawa, S. Oishi, Y. Miyoshi, N. Terada, Y. Futaana, S. F. Porter, and G. Brown,
  • 雑誌名: Astronomische Nachrichten 巻: Vol 33,N0 o ページ: 319-323
  • DOI: 10.1002/asna.201211664
  • 査読あり
• [雑誌論文] 小型科学衛星1号機Sprint-A/EXCEED計画の概要 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川一朗, 土屋史紀, 寺田直樹
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌 巻: 21 ページ: 16-21
  • 査読あり
• [学会発表] M-I couping theory (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshikwa A
  • 学会等名: ECLAT Project Meeting, 2nd Project Review Graz
  • 発表場所: Austrian Academy of Sciences, Institute for Space Research, Graz, Austria
  • 年月日: 20130414-16
• [学会発表] Current Closure from Polar to Equatorial Ionosphere via Cowling Channel (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshikwa A
  • 学会等名: EGU General Assembly 2013, 07-12, 2013
  • 発表場所: Wien, Austria
  • 年月日: 20130407-20130412
• [学会発表] State-of-art in 3D Ionosphere and internal ionospheric dynamics, effect on M-I coupling, (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshikwa A
  • 学会等名: ISSI Forum "Near Earth Electro-magnetic Environment (Swarm and Cluster)
  • 発表場所: スイス国際宇宙科学研究所、ベルン、スイス
  • 年月日: 20130403-20130405
  • 招待講演
• [学会発表] 強磁場弱電離気体系に於ける電流クロージャー：Hall電流時空間非一様性がもたらすもの (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川顕正
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会「プラズマ宇宙物理3学会合同セッション」
  • 発表場所: 広島大学, 広島県 東広島市
  • 年月日: 20130326-20130329
  • 招待講演
• [学会発表] Analogy of Magnetosphere-Ionosphere coupling and Corona-chromosphere-photosphere coupling (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshikwa A
  • 学会等名: ISSI Workshop on "Standing MHD Waves",
  • 発表場所: スイス国際宇宙科学研究所、ベルン、スイス
  • 年月日: 20130225-20130301
  • 招待講演
• [学会発表] Cowling チャンネルの物理 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉川顕正
  • 学会等名: 「国立極地研究所研究集会：極域電磁圏構造の非線形発展」
  • 発表場所: 国立極地研究所、東京都、立川市
  • 年月日: 20130219-20130220
  • 招待講演
• [学会発表] Technical presentation on the “International Center for Space Wather Science and Education”, Kyushu University (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshikwa A
  • 学会等名: 第50回国連宇宙平和利用委員会
  • 発表場所: 国連ウィーン本部, ウィーン, オーストリア
  • 年月日: 20130201-20130222
  • 招待講演
• [学会発表] Formation of Cowling channel from Polar to Equatorial Ionosphere (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshikwa A
  • 学会等名: the 2012 AGU Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, California, USA
  • 年月日: 20121203-20121207
• [学会発表] 太陽地球系科学の現状と科学課題 4:地球惑星圏における人類活動を支える知識基盤の構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川 顕正, SGEPSS 将来構想検討ワーキンググループ
  • 学会等名: 第132回 地球電磁気･地球惑星圏学会総会・講演会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 20121020-20121023
• [学会発表] Formation of FAC -Cowling channel connecting from polar to equatorial ionosphere (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa A., S. Ohtani, A. Nakamizo, T. Uozumi, Y. Tanaka
  • 学会等名: 第132回 地球電磁気･地球惑星圏学会総会・講演会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 20121020-20121023
• [学会発表] Extraction of polarization field and magnetospheric impedance from the M-I coupled system via shear Alfven wave (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa A.
  • 学会等名: 第132回 地球電磁気･地球惑星圏学会総会・講演会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 20121020-20121023
• [学会発表] Establishment of International Center fot Space Science and education (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa A
  • 学会等名: United Nations/Ecuador Workshop on the International Space Weather Initiative (20th Workshop of the United Nations Basic Space Science Initiative)
  • 発表場所: Quito, Ecuador
  • 年月日: 20121008-12
• [学会発表] International Space Wather Science and Education (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshikwa A
  • 学会等名: UN/Austria Symposium on Space Weather Data Analysis, 18-21, September, 2012, Austrian Academy of Sciences
  • 発表場所: Austrian Academy of Sciences, Institute for Space Research, Graz, Austria
  • 年月日: 20120918-20120921
  • 招待講演
• [学会発表] Modeling of 3D Sq current system (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshikwa A
  • 学会等名: JSPS Core-to-Core Program, 2012 ISWI and MAGDAS School on Space Science
  • 発表場所: Bangdong, Indonesia
  • 年月日: 20120917-20120926
  • 招待講演
• [学会発表] Sq電流系に於ける3次元カウリングチャンネルモデル (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川 顕正, 魚住 禎司, 湯元 清文
  • 学会等名: 2012年度日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ，千葉県幕張市
  • 年月日: 20120520-20120524
• [学会発表] 極域から磁気赤道域にかけて形成されるCowlingチャンネル (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川 顕正, 大谷 晋一, 中溝 葵, 魚住 禎司, 湯元 清文
  • 学会等名: 2012年度日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ，千葉県幕張市
  • 年月日: 20120520-20120524
• [学会発表] 電離圏に於け入反射Alfven 波の分離 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川 顕正, 細川 敬祐, 小川 泰信, 家田 章正, 藤井 良一, 湯元 清文
  • 学会等名: 2012年度日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ，千葉県幕張市
  • 年月日: 20120520-20120524
• [学会発表] MI結合の理論的側面から見たEISCAT_3Dへの期待
  • 著者名/発表者名: 吉川顕正
  • 学会等名: EISCAT研究集会：北極・北欧における観測・研究戦略
  • 発表場所: 名古屋大学,坂田ホール
  • 招待講演