太陽系の外惑星領域における磁気圏ダイナミクス

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26287122
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 藤本 正樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30242811)
• 研究分担者: 笠原 慧 東京大学, 大学院理学系研究科, 准教授 (00550500) ; 篠原 育 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (20301723) ; 齋藤 義文 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30260011)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 木星磁気圏 / 衝撃波での粒子加速 / カッシーニ土星探査機 / 「ひさき」衛星 / 検出器信号読み出し系 / ASIC / 小面積・真空乏層SSD / APD

研究実績の概要

理論・データ解析テーマのうち、Ｈ２８年度で予定していたものについて、（Ａ）探査機カッシーニが土星バウ・ショックで観測した高エネルギー電子生成事例の解析：３つの事例について記載、その結果を論文化。１つは平行衝撃波で他事例からの相違がみられたので、平行衝撃波に焦点を当てた解析を行った。（Ｂ）（垂直）衝撃波における電子加速の数値実験：当初、予定していたものは垂直衝撃波における過程の理解であったが、興味の焦点は平行衝撃波に推移したため、このテーマを進めることをしないと判断した（その代わりに、Ｃの追加テーマを探究した）。（Ｃ）木星磁気圏の太陽風応答：「ひさき」衛星のデータ解析を含めることで、当初の予定よりも大きく発展。木星磁気圏内部深くまで、太陽風動圧の増加の影響が及ぶことを明らかにし、論文化。ＮＡＳＡ探査機ＪＵＮＯとの共同研究に向けての協議を開始。加えて、木星磁気圏ディスクという環境を意識し、「分厚い電流層において磁気リコネクションを駆動することはどうやって可能なのか」というテーマでの数値実験を行った。（Ｄ）平行衝撃波におけるイオン加速：イオンが長時間にわたって平行衝撃波と相互作用することに関する知見を国際学会で発表。
巨大惑星磁気圏における粒子加速現象の観測研究を進化させるための機器開発テーマに関しては、（Ｉ）平成27年度まで進めてきた検出器（APD）設計に接続して、APDからのアナログ信号を読み出す電子回路の性能を試験。また，今後製作するHV基板，制御回路基板等の配置を検討し，構造設計を実施した。（ＩＩ）高性能ASICを用いた、小型軽量、省電力の高速信号読み出し系の開発については、平成27年度までの検出器で収集した電荷を検出するためのアナログASICの設計に続いて、平成28年度は入力段のアナログ信号をデジタル信号に変換する部分の設計を行い、シミュレーションによる性能評価を行った。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

データ解析テーマに関しては、「ひさき」データを得て、当初予定よりも大きな広がりを見せている。検出器試作も含め、研究計画全体としては、ほぼ予定通りの達成度が得られていると判定する。

今後の研究の推進方策

研究実績の概要において示したこれまでの成果を踏まえて、以下を推進する。
理論・データ解析テーマに関して、
（Ａ）探査機カッシーニが土星バウ・ショックで観測した高エネルギー電子生成事例の解析：平行衝撃波に焦点を当てた解析結果を論文出版する。（Ｃ）木星磁気圏の太陽風応答：ＪＵＮＯとの共同観測を見据えつつ、「ひさき」衛星のデータ解析を進める。「分厚い電流層において磁気リコネクションを駆動することはどうやって可能なのか」というテーマでの数値実験結果を論文化する。（Ｄ）平行衝撃波におけるイオン加速：数値実験結果を論文化する。
観測機器開発テーマに関して、
信号処理部について、検出器からアナログＡＳＩＣ部まで、全系を通したシミュレーションを行い、試作に向けた準備を完成させる。検出器に関して、真空中での動作性能を確認すべく、試験環境を整えた上で、試験を実行する。

次年度使用額が生じた理由

共同研究のために英国滞在の予定を変更し、英国から日本へと招致した。その際、他用務もあり、その担当部署が航空運賃を負担することとなったため、本経費が負担する額は予定よりも少額となった。

次年度使用額の使用計画

共同研究（論文完成）のために英国滞在、あるいは、英国から日本へと招致し、旅費として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Suprathermal Electrons at Saturn's Bow Shock, (2016)
  • 著者名/発表者名: Masters, A.; Sulaiman, A. H.; Sergis, N.; Stawarz, L.; Fujimoto, M.; Coates, A. J.; Dougherty, M. K.,
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal, 巻: Volume 826, ページ: 論文番号48, 全7 ページ
  • DOI: 10.3847/0004-637X/826/1/48
• [雑誌論文] Characteristics of solar wind control on Jovian UV auroral activity deciphered by long-term Hisaki EXCEED observations: Evidence of preconditioning of the magnetosphere?, (2016)
  • 著者名/発表者名: Kita, Hajime; Kimura, Tomoki; Tao, Chihiro; Tsuchiya, Fuminori; Misawa, Hiroaki; Sakanoi, Takeshi; Kasaba, Yasumasa; Murakami, Go; Yoshioka, Kazuo; Yamazaki, Atsushi; Yoshikawa, Ichiro; Fujimoto, Masaki,
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett., 巻: Volume 43, Issue 13 ページ: 6790-6798
  • DOI: 10.1002/2016GL069481
• [雑誌論文] Properties of hot electrons in the Jovian inner magnetosphere deduced from extended observations of the Io Plasma Torus, (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, Ichiro; Yoshioka, Kazuo; Murakami, Go; Suzuki, Fumiharu; Hikida, Reina; Yamazaki, Atsushi; Kimura, Tomoki; Tsuchiya, Fuminori; Kagitani, Masato; Sakanoi, Takeshi; Uemizu, Kazunori; Tao, Chihiro; Nozawa, Hiromasa; Kasaba, Yasumasa; Fujimoto, Masaki,
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: Volume 43, Issue 22 ページ: 11,552-11,557
  • DOI: 10.1002/2016GL070706
• [学会発表] Jupiter’s auroras during the Juno approach phase as observed by the Hubble Space Telescope (2016)
  • 著者名/発表者名: Jonathan D Nichols John T Clarke Glenn S Orton Stanley W H Cowley Emma J Bunce Tom Stallard Sarah Victoria Badman Denis C Grodent Bertrand Bonfond Katerina Radioti Jean-Claude M C Gerard Randy Gladstone Fran Bagenal John E P Philip W Valek Robert W Ebert David J McComas Barry Mauk Ichiro YoshikawaMasaki Fujimoto
  • 学会等名: AGU
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-12-12 – 2016-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] Cassini Observations of Saturn’s High-Mach Number Bow Shock (2016)
  • 著者名/発表者名: Adam Masters Ali Sulaiman Nick Sergis Lukasz Stawarz Masaki Fujimoto Andrew J Coates Michele Karen Dougherty
  • 学会等名: AGU
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-12-12 – 2016-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] Co-evolution of upstream waves and accelerated ions at parallel shocks (2016)
  • 著者名/発表者名: Tooru Sugiyama Masaki Fujimoto
  • 学会等名: AGU
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-12-12 – 2016-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] Triggering of explosive reconnection in a thick current sheet by temperature anisotropy boosted tearing mode (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenya Shimizu Masaki Fujimoto Iku Shinohara
  • 学会等名: AGU
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-12-12 – 2016-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] Less current sheet thinning, more temperature anisotropy (2016)
  • 著者名/発表者名: Iku Shinohara Kenya Shimizu Masaki Fujimoto
  • 学会等名: AGU
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2016-12-12 – 2016-12-16
  • 国際学会