2002 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
01J07872
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
三好 由純 東北大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(PD)
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Keywords | 惑星磁気圏 / 高エネルギー粒子 / 宇宙天気 / 粒子加速 |
Research Abstract |
研究課題である、木星放射線帯粒子の輸送・加速過程の解明の研究において、平成14年度は1.地球放射線帯粒子の長期時間変動に関する物理モデルの開発、2.惑星内部磁気圏粒子ダイナミクスの物理モデルの開発を行った。各項目の研究成果は以下である。 1.地球放射線帯粒子の長期時間変動に関わる物理プロセスの理解を目的として、従来例のない放射線帯全領域における太陽活動周期スケールでの時間変動が計算可能な物理モデルの開発を行った。モデルは、動径方向拡散、Coulomb衝突、波動粒子相互作用の効果を含んでいる。研究では、まず放射線帯の平衡状態を再現するパラメータの決定を行い、次に各物理プロセスのうち、特に粒子の輸送効果が長期変動に及ぼす影響を調べるために、拡散係数を時間変化させての数値実験を行った。実験の結果、放射線帯の長期変動の基本的な形態、すなわち1)外帯内側、スロット領域のフラックスの変化、2)外帯中心位置の長期変化、については、粒子輸送効果の時間変動で定性的に説明できることが示された。一方、観測から明らかにされた、外帯の内側と外側でフラックスの変動の位相が、太陽活動に対して異なる点については、現在のモデルでは再現できず、粒子の輸送効果以外の特に粒子のロスに関する物理過程の時間変動が重要なプロセスを果たしていることが示唆された。 2.これまでの放射線帯の物理モデルは、上記(1)のモデルを含めて、相対論的エネルギーに特化した動径1次元のみの空間変動を扱うものであり、低エネルギー側粒子との対応、および粒子分布の経度方向依存性等については議論できなかった。しかし、近年の衛星観測からは、相対論的エネルギーの粒子ダイナミクスに低いエネルギーの粒子ダイナミクスが介在している可能性や、粒子分布の経度方向依存性が存在する可能性が指摘されている。本研究では、米国New Hampshire大学に赴いての共同研究により、惑星内部磁気圏の数百eVから数MeVの広いエネルギー帯の電子の3次元分布を追跡できるモデルの開発に着手し、まず地球内部磁気圏についてのモデリングを行った。開発にあたっては、Vlasov方程式にFokker-Planck項を含ませることで、エネルギーの違いによる粒子輸送モードの違いを表現し、またモデルの中でPlasma圏の粒子分布を独立に計算することで、冷たいplasmaとenergeticなプラズマとの相互作用過程を取り扱えるものになっている。数値実験の結果、粒子の輸送モードのうち、移流が支配的なエネルギーと拡散が支配的なエネルギーが明確に把握された。また、特に磁気嵐主相において低エネルギー側の粒子フラックスが外帯の外側の部分で減少することが示され、粒子分布の朝・夕非対称性も含めて、観測結果と一致する描像が得られた。しかし、磁気嵐回復相に外帯心臓部で増加する相対論的エネルギーの電子については、計算結果は観測されたフラックスの絶対量を再現できず、現在考慮している物理プロセスとは異なる電子の輸送・加速過程が必要な可能性が示唆された。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] Miyoshi, Y.: "Rebuilding process of the outer radiation belt during the 3 November 1993, magnetic storm : NOAA and EXOS-D observations"Journal of Geophysical Research. 108(in press). (2003)
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[Publications] Morioka, A.: "Duration of Jovian magnetospheric disturbance derived from decametric radio storms"Earth, Planets and Space. 54. 1277-1281 (2002)
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[Publications] Morioka, A.: "AKR disappearance during magnetic storms"Journal of Geophysical Research. 108(in press). (2003)
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[Publications] Nose, M.: "Multipoint observations of a Pi2 pulsation on morning side : The September 20,1995,event"Journal of Geophysical Research. 108(in press). (2003)
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[Publications] Misawa, H.: "Spectrum observation of Jupiter's synchrotorn radiation at the frequencies of 325,929, and 2250MHz : Plan and present status"Proceedings of the 35^<th> ISAS lunar and planetary symposium. 207-210 (2002)
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[Publications] Tsuchiya, F.: "Performance test of newly developed radio telescope and receivers at the litate Observatory"Proceedings of the 35^<th> ISAS lunar and planetary symposium. 211-214 (2002)