波動粒子相互作用直接観測システムの開発による相対論的電子加速機構の研究

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23224011
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小野 高幸 東北大学, 大学院理学研究科, 教授 (10141996)
• 研究分担者: 小嶋 浩嗣 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (10215254) ; 三好 由純 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 准教授 (10377781) ; 加藤 雄人 東北大学, 大学院理学研究科, 准教授 (60378982)
• 研究期間 (年度): 2011-05-31 – 2016-03-31
• キーワード: 超高層物理学 / 磁気圏・電離圏 / 宇宙科学 / 計算物理 / 人工衛星

研究概要

波動粒子相互作用解析装置(SWPIA)を開発し、世界初となるプラズマ波動―粒子間相互作用の直接計測実現を目的とする。「SWPIA計測システム」の開発では、SWPIAで重要となる「波形位相」において、その較正の段階でエラーが増大しないよう、窓関数、および、時系列データの取り扱い方について検討を行い位相誤差が非常に少なくする手法を確立した。スペースプラズマ実験では、傍熱型電子ビームにより安定した波動粒子相互作用が実現できるようになり、ビーム周辺におけるドリフト波の励起が確認できるに至った。さらに、直線型プラズマチェンバーを用いた電子温度勾配モードとドリフト波の励起についての実験での、プラズマ波動励起過程の直接計測に関する実験を開始した。この実験では、波動電場ベクトルとイオン流速ベクトルとを同時に計測するコンビネーションプローブを設計・開発して計測に用いた。初期結果として、コンビネーションプローブが所期の計測精度を達成できていることと、チェンバー内で励起するkHz帯のドリフト波の電場とイオン電流の各ベクトル量を計測できていることが確かめられた。「SWPIAシミュレータ」については、磁気嵐時の現実的な状況における高エネルギー電子のダイナミクスとホイッスラーモード波動の励起の解析を行うために、高速の太陽風が生じたときの人工衛星データを境界条件としたモジュールAのシミュレーションを行い、観測されたデータとの比較を行った。また、平成24年度に開発した手法によって、非線形のホイッスラーモード波動の時空間分布も導出した。この結果、南向きの惑星間空間磁場を含む高速太陽風と北向きの惑星間空間磁場を含む高速太陽風のときでは、線形および非線形段階のホイッスラーモードの時空間変化は顕著な違いが生じ、観測された結果と調和的であった。モジュールBについては、平成24年度に得られた成果を学術誌に発表すると共に、モジュールAの計算結果に基づいて高エネルギー電子の初期速度分布を与えるモジュールを開発し、連携計算の実行環境を整えた。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Direct Measurement of Nonlinear Wave-Particle Interactions in the Earth's Magnetosphere : Wave-Particle Interaction Analyzer (WPIA) for ERG Mission (2014)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., M. Hikishima, H. Kojima, Y. Omura, S. Kasahara, M. Hirahara, Y. Miyoshi, K. Seki, K. Asamura, T. Takashima, and T. Ono
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc 巻: 1 ページ: 015100
  • DOI: doi:10.7566/JPSCP.1.015100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Significance of Wave-Particle Interaction Analyzer for direct measurements of nonlinear wave-particle interactions (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., M. Kitahara, H. Kojima, Y. Omura, S. Kasahara, M. Hirahara, Y. Miyoshi, K. Seki, K. Asamura, T. Takashima, and T. Ono
  • 雑誌名: Ann. Geophys 巻: 31 ページ: 503-512
  • DOI: doi:10.5194/angeo-31-503-2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global characteristics of electromagnetic ion cyclotron waves : Occurrence rate and its storm dependence (2013)
  • 著者名/発表者名: Keika, K., K. Takahashi, A. Y. Ukhorskiy, and Y. Miyoshi
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Space Physics 巻: 118 ページ: 4135-4150
  • DOI: doi:10.1002/jgra.50385
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed solar wind with southward interplanetary magnetic field causes relativistic electron flux enhancement of the outer radiation belt via enhanced condition of whistler waves (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., R. Kataoka, Y. Kasahara, A. Kumamoto, T. Nagai and M. F. Thomsen
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett 巻: 40 ページ: 4520-4525
  • DOI: doi:10.1002/gr1.50916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the background magnetic field inhomogeneity on generation processes of whistler-mode chorus and hiss-like broadband emissions (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y. and Y. Omura
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Space Physics 巻: 118 ページ: 4189-4198
  • DOI: doi:10.1002/jgra50395
  • 査読あり
• [雑誌論文] A study of the plasma wave enhancements in the Earth's equatorial plasmasphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Kalaee, M. J., Y. Katoh, and T. Ono
  • 雑誌名: Earth Moon Planets 巻: 110 ページ: 131-141
  • DOI: doi:10.1007/s11038-013-9414-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Akebono observations of EMIC waves in the slot region of the radiation belts (2013)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi, K., Y. Kasahara, M. Shoji, Y. Omura, Y. Miyoshi, T. Nagatsuma, A. Kumamoto, and A. Matsuoka
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett 巻: 40 ページ: 5587-5591
  • DOI: doi:10.1002/2013GL058258
  • 査読あり
• [雑誌論文] 波動粒子相互作用による放射線帯相対論的エネルギー電子の生成機構とその人工衛星観測による実証に向けて (2013)
  • 著者名/発表者名: 三好由純, 加藤雄人, 小嶋浩嗣, 疋島充
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 第89巻,第8号 ページ: 536-543
  • 査読あり
• [雑誌論文] 0.5-4 Å X-RAY brightenings in the magnetosphere observed by the geostationary operational environmental satellites (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T. T. and Y. Miyoshi
  • 雑誌名: Astrophys. J. 巻: 775 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1088/0004-637X/775/2/121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relativistic electron microbursts due to nonlinear pitch angle scattering by EMIC triggered emissions (2013)
  • 著者名/発表者名: Omura, Y. and Q. Zhao
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Space Physics 巻: 118 ページ: 5008-5020
  • DOI: 10.1002/jgra.50477
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency drift of Saturn chorus emission compared to nonlinear theory (2013)
  • 著者名/発表者名: Menietti, J. D., Y. Katoh, G. B. Hospodarsky, and D. A. Gurnett
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 118 ページ: 982-990
  • DOI: 10.1002/jgra.50165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Saturn chorus intensity variations (2013)
  • 著者名/発表者名: Menietti, J. D., P. Schippers, Y. Katoh, J. S. Leisner, G. B. Hospodarsky, D. A. Gurnett, and O. Santolik
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Space Physics 巻: 118 ページ: 5592-5602
  • DOI: 10.1002/jgra.50529
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiation background and dose estimates for future X-ray observations in the Jovian magnetosphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Kasahara, S., Y. Ezoe, T. Kimura, and Y. Miyoshi
  • 雑誌名: Planet. Space Sci. 巻: 75 ページ: 129-135
  • DOI: 10.1016/j.pss.2012.11.009
  • 査読あり
• [学会発表] Study of the method of wave data processing for Wave-Particle Interaction Analyzer (WPIA) (2013)
  • 著者名/発表者名: 疋島充, 加藤雄人, 小嶋浩嗣, 大村善治, 三好由純, 小野高幸, WPIA検討グループ
  • 学会等名: 第134回 SGEPSS総会および講演会
  • 発表場所: 高知
  • 年月日: 2013-11-05
• [学会発表] 内部磁気圏におけるコーラス励起のシミュレーション-グローバルモデルによる非線形波動励起の評価- (2013)
  • 著者名/発表者名: 三好由純, V. Jordanova, 片岡龍峰, 加藤雄人, and M. Thomsen
  • 学会等名: 第134回 SGEPSS総会および講演会
  • 発表場所: 高知
  • 年月日: 2013-11-03
• [学会発表] 宇宙プラズマ中での波動粒子相互作用直接計測手法の実験室プラズマへの応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄人、金子俊郎、文贊鎬、平原聖文、下山学、小木曽舜、渡邉智彦、小嶋浩嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] Simulation on the chorus wave exciation during the high-speed coronal hole streams (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., V. Jordanova, R. Kataoka, Y. Katoh, and M. Thomsen
  • 学会等名: 2013 Asia-Pacific Radio Science Conference
  • 発表場所: 台北、台湾
  • 年月日: 2013-09-04
• [学会発表] Electron hybrid simulation of nonlinear wave growth of whistler-mode chorus emissions in the equatorial region of the Earth's inner magnetosphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y. and Y. Omura
  • 学会等名: ISSS-11
  • 発表場所: 中歴、台湾
  • 年月日: 2013-07-21
• [学会発表] Wave-Particle Interaction Analyzer (WPIA) for direct measurements of nonlinear wave-particle interactions in the Earth's magnetosphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., M. Hikishima, H. Kojima, Y. Omura, S. Kasahara, M. Hirahara, Y. Miyoshi, K. Seki, K. Asamura, T. Takashima, and T. Ono
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Plasma Conference
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2013-07-14
• [学会発表] Direct Measurement of Wave-particle Interactions in the Inner Magnetosphere by the S-WPIA on Board the JAXA/ERG Satellite (2013)
  • 著者名/発表者名: Hikishima, M., Y. Katoh, H. Kojima, Y. Omura, Y. Miyoshi, and T. Ono
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 2013
  • 発表場所: ブリスベン、オーストラリア
  • 年月日: 2013-06-25
• [学会発表] Geospace Exploration Project : ERG (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., T. Ono, T. Takashima, K. Asamura, M. Hirahara, Y. Kasaba, A. Kumamoto, A. Matsuoka, H. Kojima, K. Shiokawa, K. Seki, M. Fujimoto, T. Nagatsuma, and ERG working group
  • 学会等名: 29th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2013-06-05
• [学会発表] Evaluation of WPIA by PIC simulations for direct measurement of wave-particle interactions in the generation process of chorus emissions (2013)
  • 著者名/発表者名: Hikishima, M., Y. Katoh, H. Kojima, Y. Omura, Y. Miyoshi, T. Ono, and WPIA team
  • 学会等名: JpGU 2013
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2013-05-22
• [学会発表] ERG衛星搭載波動粒子相互作用解析装置 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小嶋浩嗣, 加藤雄人, 疋島充, 平原聖文, 高島健, 浅村和史, 笠原慧, 三好由純, 大村善治
  • 学会等名: JpGU 2013
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2013-05-22
• [学会発表] 内部磁気圏ホイッスラーモード波動のIMF Bz依存性に関するシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 三好由純、Vania Jordanova、片岡龍峰、加藤雄人、Michelle Thomsen
  • 学会等名: JpGU 2013
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2013-05-20
• [学会発表] Significance of Wave-Particle Interaction Analyzer for direct measurement of nonlinear wave-particle interactions (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., H. Kojima, Y. Omura, S. Kasahara, M. Hirahara, Y. Miyoshi, K. Seki, K. Asamura, T. Takashima, and T. Ono
  • 学会等名: EGU General Assembly 2013
  • 発表場所: ウィーン、オーストリア
  • 年月日: 2013-04-09
• [備考]
  • URL: http://stpp.gp.tohoku.ac.jp/s-wpia/