2015 Fiscal Year Annual Research Report
非線形波動粒子相互作用・非拡散的粒子輸送に基づく地球放射線帯グローバル変動の研究
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15H03732
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
海老原 祐輔 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (80342616)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 高史 九州大学, 学内共同利用施設等, 研究員 (70346766)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 放射線帯 / サブストーム / 磁気嵐 / シミュレーション / 磁気圏 / 内部磁気圏 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サブストームはプラズマシートに含まれる電子を加速・加熱して放射線帯に供給する役割と、強い電場・磁場変動によって放射線帯の粒子分布を再編する役割の二つがある。サブストームは放射線帯を理解する上で重要な役割を果たしていると考えられているが、その体系的な理解は殆ど進んでいない。そこで、グローバル電磁流体シミュレーションの計算結果を詳しく解析することで、サブストームの基本過程の理解を目指した。（１）惑星間空間磁場が南を向くと地球の磁力線は反太陽方向に大きく引き延ばされる。（２）磁気圏尾部で磁気再結合が起こると磁気張力によってプラズマが圧縮される。（３）磁気赤道面付近ではプラズマシートを流れる高速流の分岐が沿磁力線電流を作り、圧縮波と高速流の減速によって高プラズマ圧領域が現れる。一方、磁気赤道面から離れた比較的高緯度では磁力線方向の輸送に伴って高プラズマ圧領域が現れ、力バランスの変更によって沿磁力線電流が生じる。比較的高緯度で生じた沿磁力線電流が電離圏に接続することでオーロラ・ブレイクアップが始まる。（４）明るいオーロラの周囲では電離圏ホール電流の非連続性によって電荷が蓄積し、強い沿磁力線電流を作る。これが西方向に移動するサージに対応すると思われる。磁気赤道面付近で高まるプラズマ圧力上昇は静止軌道付近で観測されるプラズマ圧力上昇（プラズマ・インジェクション現象）に対応すると考えられ、その原因は圧縮波と高速流の減速と思われる。電磁流体シミュレーションで得られた結果を粒子移流シミュレーションの境界条件として与え、放射線帯電子変動に対するサブストームの役割を検討した。静止軌道付近のプラズマ温度が上昇すると高エネルギー電子が放射線帯外帯で増加する可能性を示唆する結果が得られたが、電磁流体シミュレーションで得られた温度と高エネルギー電子の分布関数との対応については詳細な検討を要する。
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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
放射線帯変動原因の一つとして考えられるサブストームの基本過程と、放射線帯粒子の種となるプラズマ・インジェクションの基本過程を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
放射線帯の直接的な起源となりうる高エネルギー電子の分布関数の時間変化についてテスト粒子シミュレーションを組み合わせて詳細に解析する。また、プラズマ・インジェクション現象によって内部磁気圏のプラズマ環境が変わり、放射線帯電子と相互作用するコーラス波動や電磁イオンサイクロトロン波動が成長する過程について検討を行う。
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[Journal Article] High-speed stereoscopy of aurora2016
Author(s)
Kataoka, R., Y. Fukuda, H. A. Uchida, H. Yamada, Y. Miyoshi, Y. Ebihara, H. Dahlgren, and D. Hampton
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Journal Title
Annales Geophysicale
Volume: 34
Pages: 41-44
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Response of the incompressible ionosphere to the compression of the magnetosphere during the geomagnetic sudden commencements2016
Author(s)
Kikuchi, T., K. K. Hashimoto, I. Tomizawa, Y. Ebihara, T. Nishimura, T. Araki, A. Shinbori, B. Veenadhari, T. Tanaka, and T. Nagatsuma
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Journal Title
Journal of Geophysical Research Space Physics
Volume: 121
Pages: 1536-1556
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A direct link between chorus emissions and pulsating aurora on timescales from milliseconds to minutes: A case study at subauroral latitudes2015
Author(s)
Ozaki, M., S. Yagitani, K. Sawai, K. Shiokawa, Y. Miyoshi, R. Kataoka, A. Ieda, Y. Ebihara, M. Connors, S. Ian, Y. Katoh, Y. Otsuka, N. Sunagawa, and V. Jordanova
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Journal Title
Journal of Geophysical Research Space Physics
Volume: 120
Pages: 9617-9631
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Relation between fine structure of energy spectra for pulsating aurora electrons and frequency spectra of whistler mode chorus waves2015
Author(s)
Miyoshi, Y., S. Saito, K. Seki, T. Nishiyama, R. Kataoka, K. Asamura, Y. Katoh, Y. Ebihara, T. Sakanoi, M. Hirahara, et al.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research Space Physics
Volume: 120
Pages: 7728-7736
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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