2016 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
15H03731
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
寺田 直樹 東北大学, 理学研究科, 准教授 (70470060)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関 華奈子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (20345854)
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)
中川 広務 東北大学, 理学研究科, 助教 (30463772)
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Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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Keywords | 磁気圏・電離圏 / 宇宙科学 / 超高層物理学 / 大気現象 / 惑星探査 / 大気重力波 / K-H不安定性 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、火星の二酸化炭素(CO2)の流出機構の中でも特に不確定性が大きい「電離圏CO2+の流出機構」を解明することを目的とする。特に、太陽風からの運動量輸送などの上側からの領域間結合と、大気重力波に起因する乱流拡散や大規模風速場の変化などの下側からの領域間結合の影響が、電離圏CO2+の流出に果たす役割を明らかにすることを目指している。計画2年目である平成28年度には、下層大気起源の大気重力波が超高層大気に及ぼす影響を明らかにするために、MAVEN衛星搭載のNGIMSやIUVSの観測データの統計解析を実施し、火星熱圏における大気重力波の振幅・スペクトル特性とそれらの緯度分布・経度分布・季節変動の観測結果、並びに大気重力波を含めた大気大循環モデルの計算結果との比較を纏めて学術論文として公表した。MAVEN観測では大気重力波活動度の分布に明確な昼夜非対称が見られ、上部熱圏と下部熱圏では特性が大きく異なっていたため、火星熱圏・外圏DSMCコードを用いて大気重力波の伝搬・散逸過程を調査し、観測の鉛直分布を説明するためには少なくとも200km以上の鉛直波長をもつ重力波の成分が必要であることを示した。太陽風から電離圏への運動量輸送については、大きな密度勾配が存在するプラズマ境界層におけるK-H不安定性の局所シミュレーションとMAVEN衛星による火星電離圏界面のプラズマ総合観測との比較に基づき、エントロピーを基準とした新たな混合層モデルを提唱した。火星電磁圏のグローバル多成分磁気流体力学コードへの粘性効果の組み込みにおいてはBohm型異常粘性項とプラズマ分子粘性項の形でコードに粘性効果を組み込み、それぞれの粘性項を変化させた計算を複数回実行して電離圏流速への運動量輸送の影響を評価した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画2年目の平成28年度には、下層大気起源の大気重力波の影響については、MAVEN衛星の観測データを統計解析して大気重力波の振幅とスペクトル特性の緯度分布・経度分布・季節変動などを調査し、大気大循環モデルと比較する計画であったが、計画通りに観測データの統計解析とモデルとの比較を実施して、複数の学術論文として公表した。太陽風から電離圏への運動量輸送については、MAVEN衛星の観測データとK-H不安定性の局所シミュレーションの計算結果との比較を予定通りに実施し、多成分磁気流体力学コードに粘性効果を組み込んだ計算も予定通りに実施した。従って、計画は概ね予定通り達成されている。
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Strategy for Future Research Activity |
今後は、MAVEN衛星のNGIMSとIUVSデータの統計解析を更に進めるとともに、火星大気大循環モデルと熱圏・外圏DSMCモデルの数値計算を幅広いパラメータ範囲で実行することで、火星熱圏における大気重力波の振幅とスペクトル特性の高度分布・緯度分布・経度分布・季節変動を説明する物理機構の検討と、大気重力波が熱圏CO2や電離圏CO2+の密度分布に及ぼす影響の定量評価を行う。太陽風から電離圏への運動量輸送については、火星電離圏界面におけるK-H不安定性の局所シミュレーションとMAVEN衛星の観測データとの比較に基づいた輸送・混合効率をもとに、粘性効果を組み込んだ多成分磁気流体力学シミュレーションを様々な太陽風パラメータで実行し、太陽風からの運動量輸送が電離圏CO2+の流速に及ぼす影響を定量的に評価する。
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Research Products
(45 results)
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[Journal Article] Global distribution and parameter dependences of gravity wave activity in the Martian upper thermosphere derived from MAVEN/NGIMS observations2017
Author(s)
Terada N., F. Leblanc, H. Nakagawa, A. S. Medvedev, E. Yigit, T. Kuroda, T. Hara, S. L. England, H. Fujiwara, K. Terada, K. Seki, P. R. Mahaffy, M. Elrod, M. Benna, J. Grebowsky, and B. M. Jakosky
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Journal Title
Journal of Geophysical Research Space Physics
Volume: 122
Pages: 2374~2397
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Statistical analysis of the reflection of incident O+ pickup ions at Mars: MAVEN observations2017
Author(s)
Masunaga, K., K. Seki, D. A. Brain, X. Fang, Y. Dong, B. M. Jakosky, J. P. McFadden, J. S. Halekas, J. E. P. Connerney, D. L. Mitchell, and F. G. Epavier
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Journal Title
Journal of Geophysical Research Space Physics
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Dawn-dusk difference of periodic oxygen EUV dayglow variations at Venus observed by Hisaki2017
Author(s)
Masunaga, K., K. Seki, N. Terada, F. Tsuchiya, T. Kimura, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, C. Tao, F. Leblanc, and I. Yoshikawa
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Journal Title
Icarus
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] MAVEN observations on a hemispheric asymmetry of precipitating ions toward the Martian upper atmosphere according to the upstream solar wind electric field2017
Author(s)
Hara, T., J. G. Luhmann, F. Leblanc, S. M. Curry, K. Seki, D. A. Brain, J. S. Halekas, Y. Harada, J. P. Mcfadden, R. Livi, G. A. DiBraccio, J. E. P. Connerney, and B. M. Jakosky
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Journal Title
Journal of Geophysical Research Space Physics
Volume: 122
Pages: 1083~1101
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] MAVEN observations of partially developed Kelvin-Helmholtz vortices at Mars2016
Author(s)
Ruhunusiri, S., J. S. Halekas, J. P. McFadden, J. E. P. Connerney, J. R. Espley, Y. Harada, R. Livi, K. Seki, C. Mazelle, D. Brain, T. Hara, G. A. DiBraccio, D. E. Larson, D. L. Mitchell, B. M. Jakosky, and H. Hasegawa
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Journal Title
Geophysical Research Letters
Volume: 43
Pages: 4763~4773
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] IR heterodyne spectrometer MILAHI for continuous monitoring observatory of Martian and Venusian atmospheres at Mt. Haleakala, Hawaii2016
Author(s)
Nakagawa, H., S. Aoki, H. Sagawa, Y. Kasaba, I. Murata, G. Sonnabend, M. Sornig, S. Okano, J. R. Kuhn, J. M. Ritter, M. Kagitani, T. Sakanoi, M. Taguchi, and K. Takami
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Journal Title
Planetary and Space Science
Volume: 126
Pages: 34~48
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] MAVEN/NGIMS observations and full-particle DSMC simulations of gravity waves in the Martian upper thermosphere2017
Author(s)
Terada, N., F. Leblanc, H. Nakagawa, K. Terada, S. Maeda, A. S. Medvedev, E. Yigit, T. Kuroda, T. Hara, S. L. England, H. Fujiwara, K. Seki, P. R. Mahaffy, M. Elrod, M. Benna, J. Grebowsky, and B. M. Jakosky
Organizer
Symposium on Planetary Science 2017
Place of Presentation
東北大学マルチメディア教育研究棟(宮城県仙台市)
Year and Date
2017-02-20 – 2017-02-22
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[Presentation] DSMC simulations of internal gravity waves propagating and dissipating in the Martian upper thermosphere and exosphere2017
Author(s)
Terada, K., N. Terada, A. S. Medvedev, E. Yigit, H. Nakagawa, K. Seki, T. Kuroda, H. Shinagawa, H. Fujiwara, and Y. Kasaba
Organizer
Symposium on Planetary Science 2017
Place of Presentation
東北大学マルチメディア教育研究棟(宮城県仙台市)
Year and Date
2017-02-20 – 2017-02-22
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[Presentation] The study of Martian plasma boundaries based on spacecraft observations2017
Author(s)
Matsunaga, K., D. A. Brain, T. Hara, K. Masunaga, J. P. McFadden, J. S. Halekas, D. L. Mitchell, C. Mazelle, J. R. Espley, and B. M. Jakosky
Organizer
Symposium on Planetary Science 2017
Place of Presentation
東北大学マルチメディア教育研究棟(宮城県仙台市)
Year and Date
2017-02-20 – 2017-02-22
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[Presentation] 太陽変動と惑星大気流出2016
Author(s)
Terada, N., K. Seki, H. Nakagawa, T. Kuroda, M. Fujimoto, A. S. Medvedev, D. A. Brain, R. J. Lillis, and F. Leblanc
Organizer
地球型惑星圏環境に関する研究集会
Place of Presentation
立教大学太刀川記念館(東京都豊島区)
Year and Date
2016-12-27 – 2016-12-28
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[Presentation] The Study of Martian Plasma Boundaries Based on Spacecraft Observations2016
Author(s)
Matsunaga, K., K. Seki, D. A. Brain, T. Hara, K. Masunaga, J. P. McFadden, J. S. Halekas, D. L. Mitchell, C. Mazelle, J. R. Espley, and B. M. Jakosky
Organizer
地球型惑星圏環境に関する研究集会
Place of Presentation
立教大学太刀川記念館(東京都豊島区)
Year and Date
2016-12-27 – 2016-12-28
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[Presentation] Statistical study of relation between the magnetic pileup boundary and ion composition boundary around Mars based on MAVEN observations2016
Author(s)
Matsunaga, K., K. Seki, D. A. Brain, T. Hara, J. P. McFadden, J. S. Halekas, D. L. Mitchell, C. Mazelle, J. R. Espley, and B. M. Jakosky
Organizer
American Geophysical Union 2016 Fall Meeting
Place of Presentation
サンフランシスコ(アメリカ)
Year and Date
2016-12-12 – 2016-12-16
Int'l Joint Research
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[Presentation] Observations of partially developed Kelvin-Helmholtz vortices at Mars2016
Author(s)
Ruhunusiri, S., J. S. Halekas, J. P. McFadden, J. E. P. Connerney, J. R. Espley, Y. Harada, R. Livi, K. Seki, C. Mazelle, D. Brain, T. Hara, G. A. DiBraccio, D. E. Larson, D. L. Mitchell, B. M. Jakosky, and H. Hasegawa
Organizer
American Geophysical Union 2016 Fall Meeting
Place of Presentation
サンフランシスコ(アメリカ)
Year and Date
2016-12-12 – 2016-12-16
Int'l Joint Research
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[Presentation] MAVEN/NGIMSによる火星熱圏大気重力波の観測と大気散逸への影響2016
Author(s)
Terada, N., F. Leblanc, H. Nakagawa, A. S. Medvedev, E. Yigit, T. Kuroda, T. Hara, S. L. England, H. Fujiwara, K. Terada, S. Maeda, K. Seki, P. R. Mahaffy, M. Elrod, M. Benna, J. Grebowsky, and B. M. Jakosky
Organizer
第30回大気圏シンポジウム
Place of Presentation
宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所新A棟(神奈川県相模原市)
Year and Date
2016-12-05 – 2016-12-06
Invited
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[Presentation] Mars upper atmospheric observation by using MAVEN/IUVS and ground-based telescopes2016
Author(s)
Nakagawa, H., A. S. Medvedev, T. Kuroda, E. Yigit, N. Terada, K. Terada, H. Fujiwara, C. Mockel, P. Hartogh, K. Seki, N. M. Schneider, H. Groller, R. V. Yelle, F. Montmessin, J. I. Deighan, S. Jain, and B. M. Jakosky
Organizer
第30回大気圏シンポジウム
Place of Presentation
宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所新A棟(神奈川県相模原市)
Year and Date
2016-12-05 – 2016-12-06
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[Presentation] A global view of small-scale wave perturbations in Mars' lower thermosphere derived from MAVEN/IUVS2016
Author(s)
Nakagawa, H., A. S. Medvedev, T. Kuroda, E. Yigit, N. Terada, K. Terada, H. Fujiwara, K. Seki, H. Groller, N. M. Schneider, and B. M. Jakosky
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会第140回総会および講演会
Place of Presentation
九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
Year and Date
2016-11-19 – 2016-11-23
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[Presentation] MAVENの観測に基づいた火星上層大気への降下SEP電子の特性の研究2016
Author(s)
Seki, K., T. Hara, D. A. Brain, R. J. Lillis, K. Matsunaga, K. Masunaga, N. Terada, D. E. Larson, D. L. Mitchell, J. R. Espley, J. E. P. Connerney, J. G. Luhmann, and B. M. Jakosky
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会第140回総会および講演会
Place of Presentation
九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
Year and Date
2016-11-19 – 2016-11-23
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[Presentation] 火星探査機 MAVEN の観測データを使用した誘導磁気圏界面とイオン成分境界につ いての統計解析研究2016
Author(s)
Matsunaga, K., K. Seki, D. A. Brain, T. Hara, J. P. McFadden, J. S. Halekas, D. L. Mitchell, C. Mazelle, J. R. Espley, and B. M. Jakosky
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会第140回総会および講演会
Place of Presentation
九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
Year and Date
2016-11-19 – 2016-11-23
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[Presentation] 火星磁気シースへ入射する酸素ピックアップイオンの反射率の導出とその太陽風依存性2016
Author(s)
Masunaga, K., K. Seki, D. A. Brain, X. Fang, Y. Dong, B. M. Jakosky, J. P. McFadden, J. S. Halekas, and J. E. P. Connerney
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会第140回総会および講演会
Place of Presentation
九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
Year and Date
2016-11-19 – 2016-11-23
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[Presentation] ひさきによって観測された金星熱圏極端紫外酸素大気光の周期変動の朝夕非対称2016
Author(s)
Masunaga, K., K. Seki, N. Terada, F. Tsuchiya, T. Kimura, K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, C. Tao, F. Leblanc, and I. Yoshikawa
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会第140回総会および講演会
Place of Presentation
九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
Year and Date
2016-11-19 – 2016-11-23
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[Presentation] Comparison of the Martian thermospheric density and temperature from IUVS/MAVEN data and general circulation modeling2016
Author(s)
Nakagawa, H., A. S. Medvedev, C. Mockel, E. Yigit, T. Kuroda, P. Hartogh, K. Terada, N. Terada, K. Seki, N. Schneider, S. Jain, S. Evans, J. Deighan, W. McClintock, and D. Lo
Organizer
日本地球惑星科学連合2016年大会
Place of Presentation
幕張メッセ(千葉県千葉市)
Year and Date
2016-05-22 – 2016-05-26
Invited
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[Presentation] 火星磁気圏周辺における酸素イオン反射2016
Author(s)
Masunaga, K., K. Seki, D. A. Brain, X. Fang, Y. Dong, B. M. Jakosky, J. P. McFadden, J. S. Halekas, and J. E. P. Connerney
Organizer
日本地球惑星科学連合2016年大会
Place of Presentation
幕張メッセ(千葉県千葉市)
Year and Date
2016-05-22 – 2016-05-26
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[Presentation] 火星探査機MAVENの観測データを使用したMagnetic Pileup BoundaryとIon Composition Boundaryの比較2016
Author(s)
Matsunaga, K., K. Seki, D. A. Brain, T. Hara, K. Masunaga, J. P. McFadden, J. S. Halekas, D. L. Mitchell, C. X. Mazelle, J. E. P. Connerney, and B. M. Jakosky
Organizer
日本地球惑星科学連合2016年大会
Place of Presentation
幕張メッセ(千葉県千葉市)
Year and Date
2016-05-22 – 2016-05-26