木星内部磁気圏におけるプラズマ輸送過程の実証的研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26400476
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 土屋 史紀 東北大学, 理学研究科, 助教 (10302077)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 木星 / 磁気圏 / イオ / ひさき

研究実績の概要

固有磁場を持つ天体は周囲に磁気圏を形成し、その中では活発なプラズマ輸送・加速現象が出現している。これらの現象の駆動過程は、それぞれの天体が持つ固有の特徴（自転角速度、固有磁場強度、磁気圏プラズマ源など）に強く影響される。本研究では、太陽系惑星の中では最も自転効果とプラズマ源の効果が強く出現する木星磁気圏を研究対象とし、その磁気圏の特徴をひさき衛星による観測を中心に調査することによって、磁気圏の普遍的な理解を目指す。
本研究では、まず、ひさき衛星が2014年に観測したデータを用いて、木星磁気圏の主要なプラズマ源である衛星イオと木星磁気圏との相互作用の結果発生する電子加熱現象を調査した。イオの下流域において数100GWの電子加熱が発生し、内部磁気圏での電子加熱の10-20%を担っていることが明らかとなった。
2015年には、ひさき衛星による木星磁気圏観測中に衛星イオ上で火山活動が一時的に活発となった。ひさき衛星の観測からは、火山活動の活発化に伴い、木星内部磁気圏のプラズマ量が増大し、その後、磁気圏内のエネルギー開放現象の頻度と規模が増大したことが検出された。これは、木星のような回転系磁気圏でのエネルギー開放に、磁気圏内部のプラズマ源の大きさが寄与していることを示す初めての観測結果である。衛星イオの火山活動の活発化により、(1)イオ起源の二酸化硫黄ガスの解離により生じる酸素原子量が増大した事、(2)原子のイオン化に伴い、内部磁気圏のプラズマ量が増大した事、(3)プラズマが磁気圏外側の領域に徐々に輸送され、これがオーロラ活動を活発化させた事、(4)オーロラ活動の活発化とともに、磁気圏内で解放されたエネルギーは急速に内部磁気圏に輸送され、内部磁気圏のプラズマ加熱を引き起こすこと、が明らかとなり、5本の英文学術論文にまとめられた(内、4本が受理・出版済み、1本が査読中である)。

研究成果

• [国際共同研究] Lancaster University/University College London(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Lancaster University/University College London
• [国際共同研究] Colorado University/JHU/APL(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Colorado University/JHU/APL
• [国際共同研究] LESIA, Observatoir de Paris/IRAP/LATMOS(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: LESIA, Observatoir de Paris/IRAP/LATMOS
• [国際共同研究] University of Liege(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: University of Liege
• [雑誌論文] Response of Jupiter's Aurora to Plasma Mass Loading Rate Monitored by the Hisaki Satellite During Volcanic Eruptions at Io (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, Y. Hiraki, C. Tao, F. Tsuchiya, P. A. Delamere, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, H. Kita, S. V. Badman, K. Fukazawa, I. Yoshikawa, M. Fujimoto
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 123 ページ: -
  • DOI: 10.1002/2017JA025029
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The time variation of atomic oxygen emission around Io during a volcanic event observed with Hisaki/EXCEED (2018)
  • 著者名/発表者名: Koga, R., Tsuchiya, F., Kagitani, M., Sakanoi, T., Yoneda, M., Yoshioka, K., Kimura, T., Murakami, G., Yamazaki, A., Yoshikawa, I., Smith, H. T.
  • 雑誌名: ICARUS 巻: 299 ページ: 300-307
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2017.07.024
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variation of Jupiter's Aurora Observed by Hisaki/EXCEED: 3. Volcanic Control of Jupiter's Aurora (2018)
  • 著者名/発表者名: Tao, C., Kimura, T., Tsuchiya, F., Muirakami, G., Yoshioka, K., Yamazaki, A., S. V.. Badman, Misawa, H., Kita, H., Kasaba, Y., Yoshikawa, I., Fujimoto, M.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 ページ: 71-79
  • DOI: 10.1002/2017GL075814
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Volcanic activity on Io and its influence on the dynamics of Jovian magnetosphere, observed by EXCEED/Hisaki in 2014 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Yoshikawa, Fumiharu Suzuki, Reina Hikida, Kazuo Yoshioka, Go Murakami, Fuminori Tsuchiya, Chihiro Tao, Atsushi Yamazaki, Tomoki Kimura, Masaki Fujimoto
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 69:110 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0700-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Auroral explosion at Jupiter observed by the Hisaki satellite and Hubble Space Telescope during approaching phase of the Juno spacecraft (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, J. D. Nichols, R. L. Gray, C. Tao, G. Murakami, A. Yamazaki, S. V. Badman, F. Tsuchiya, K. Yoshioka, H. Kita, D. Grodent, G. Clark, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 44 ページ: 4523-4531
  • DOI: 10.1002/2017GL072912
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three-year of observations of Jupiter’s aurora and Io plasma torus variabilities by earth orbiting extreme-ultraviolet spectroscope HISAKI (2017)
  • 著者名/発表者名: F Tsuchiya, K Yoshioka, T Kimura, G Murakami, C Tao, H Kita, I Yoshikawa, A Yamazaki, Y Kasaba
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 869 ページ: -
  • DOI: 10.1088/1742-6596/869/1/012069
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Planetary plasma and atmospheres explored by space missions in Japan: Hisaki, Akatsuki, and beyond (2017)
  • 著者名/発表者名: Kasaba, Y., T Imamura, F Tsuchiya, N Terada, Y Miyoshi, Y Kasai and Y Saito
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 869 ページ: -
  • DOI: 10.1088/1742-6596/869/1/012094
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Radial variation of sulfur and oxygen ions in the Io plasma torus as deduced from remote observations by Hisaki (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka, K., F. Tsuchiya, T. Kimura, M. Kagitani, G. Murakami, A. Yamazaki, M. Kuwabara, F. Suzuki, R. Hikida, I. Yoshikawa, and M. Fujimoto, F. Bagenal
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 122 ページ: -
  • DOI: 10.1002/2016JA023691
  • 査読あり
• [学会発表] Io and magntospheric plasma interaction derived from the HISAKI observation (2018)
  • 著者名/発表者名: 土屋史紀, 吉岡和夫, 鍵谷将人, 木村智樹, 村上豪, 山崎敦, 三澤浩昭, 笠羽康正, 吉川一朗, 坂野井健, 古賀亮一, 荒川崚, 鈴木文晴, 疋田伶奈
  • 学会等名: 第18回宇宙科学シンポジウムプログラム
• [学会発表] 衛星イオに支配される木星磁気圏のプラズマ環境 (2018)
  • 著者名/発表者名: F. Tsuchiya, K. Yoshioka, T. Kimura, R. Koga, G. Murakami, A. Yamazaki, M. Kagitani, C. Tao, F. Suzuki, R. Hikida, I. Yoshikawa, Y. Kasaba, H. Kita, H. Misawa, and T. Sakanoi
  • 学会等名: 第19回惑星圏研究会
• [学会発表] ひさき衛星 3年間の科学成果と今後の観測計画 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土屋史紀, 山崎 敦, 吉岡和夫, 村上 豪, 木村智樹, 垰 千尋, 益永 圭,北 元,寺田直樹, 笠羽康正, 桑原正輝, 奈良 佑亮, 吉川一朗, ひさきサイエンスチーム
  • 学会等名: 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 衛星イオの火山活動と 磁気圏へのガス散逸 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土屋史紀, 米田瑞生, 古賀亮一, ひさきサイエンスチーム
  • 学会等名: 第５回衛星系研究会：冥王星系の起源
• [学会発表] Io-related electron heating in the Io plasma torus: Emission model (2017)
  • 著者名/発表者名: F. Tsuchiya, and HISAKI science team
  • 学会等名: Symposium on Planetary Science 2017
• [学会発表] THREE YEARS OF OBSERVATINS OF JUPITER’S AURORA AND IO PLASMA TORUS VARIABILITIES BY EARTH ORBITING EXTREME-ULTRAVIOLET SPECTROSCOPE HISAKI (2017)
  • 著者名/発表者名: Fuminori Tsuchiya, Kazuo Yoshioka, Tomoki Kimura, Go Murakami, Chihiro Tao, Hajime Kita, Ichiro Yoshikawa, Atsushi Yamazaki, Yasumasa Kasaba
  • 学会等名: The International Conference Frontiers in Theoretical and Applied Physics (FTAPS 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 衛星イオから木星磁気圏へのプラズマ供給過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土屋史紀、古賀亮一、米田瑞生、吉岡和夫、木村智樹、村上豪、吉川一郎、山崎敦
  • 学会等名: 太陽惑星系宇宙プラズマ中の重イオンに関する研究集会
  • 招待講演
• [学会発表] Three-year of observations of Jupiter’s aurora and Io plasma torusvariabilities by extreme-ultraviolet spectroscope HISAKI and futuredirections (2017)
  • 著者名/発表者名: Fuminori Tsuchiya, Kazuo Yoshioka, Tomoki Kimura, Go Murakami, Chihiro Tao, Masato Kagitani, Mizuki Yoneda, Ryoichi Koga, Hajime Kita1, Ichiro Yoshikawa, Atsushi Yamazaki, Yasumasa Kasaba
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhancement of Jovian magnetospheric plasma circulation dueto mass supply change from the satellite Io (2017)
  • 著者名/発表者名: Fuminori Tsuchiya, Tomoki Kimura, Kazuo Yoshioka, Mizuki Yoneda, Ryoichi Koga, Masato Kagitani, Go Murakami, Chihiro Tao, Hiroaki Misawa, Atsushi Yamazaki, Ichiro Yoshikawa, Yasumasa Kasaba, and HISAKI science team
  • 学会等名: Magnetospheres of outer planets 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Io-related electron heating in the Io plasma torus:effect of local plasma density around Io (2017)
  • 著者名/発表者名: 土屋史紀, 吉岡和夫, 鍵谷将人, 木村智樹, 村上豪, 山崎敦, 三澤浩昭, 笠羽康正,吉川一朗, 坂野井健, 古賀亮一, 荒川崚, 鈴木文晴, 疋田伶奈
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第142 回総会・講演会
• [学会発表] Effect of plasma density around Io on local electron heating in the Io plasma torus (2017)
  • 著者名/発表者名: Fuminori Tsuchiya, Kazuo Yoshioka, Masato Kagitani, Tomoki Kimura, Go Murakami, AtsushiYamazaki, Hiroaki Misawa, Yasumasa Kasaba, Ichiro Yoshikawa, Takeshi Sakanoi, Ryoichi Koga, Arakawa Ryo, Fumiharu Suzuki and Reina Hikida
  • 学会等名: AGU fall meeting
  • 国際学会
• [備考] JSPS Sakura project
  • URL: http://c.gp.tohoku.ac.jp/sakura/
• [備考] The influence of Io on Jupiter's Magnetosphere
  • URL: http://www.issibern.ch/teams/iojupitermagnet/
• [備考] Welcome to DARTS/Hisaki
  • URL: https://darts.isas.jaxa.jp/stp/hisaki/
• [備考] ISASニュース特集：惑星分光観測衛星「ひさき」
  • URL: http://www.isas.jaxa.jp/feature/special_issues/hisaki/
• [備考] 木星を取り囲む高温のプラズマリング ～惑星分光観測衛星「ひさき」がイオからの大気流出と加熱現象～
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2016/05/award20160512-01.html