2022 Fiscal Year Annual Research Report
地球型惑星の比較に基づく惑星大気・宇宙環境に固有磁場強度が与える影響に関する研究
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20H00192
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
関 華奈子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (20345854)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 泰信 国立極地研究所, 共同研究推進系, 教授 (00362210)
桂華 邦裕 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10719454)
寺田 直樹 東北大学, 理学研究科, 教授 (70470060)
海老原 祐輔 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (80342616)
平原 聖文 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50242102)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 惑星大気進化 / 宇宙環境 / 固有磁場 / ハビタブル惑星 / 大気散逸 / 内部磁気圏 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、大気を持つ地球型惑星の比較に基づき、惑星大気・宇宙環境の理解に向けた２つの重要な要素（宇宙空間への大気散逸と内部磁気圏の形成）に、固有磁場強度が与える影響を解明することを目的としている。そのために、独自の多成分MHDモデルと内部磁気圏モデルを観測との比較を通して改良するとともに、多流体MHDモデルを新たに開発する。開発したモデルを用いて３つの主要課題(1.大気散逸の質量依存性、2.内部磁気圏形成の影響、3. 固有磁場強度による大気散逸
機構の変化)を系統的に整理し、固有磁場強度が惑星大気・宇宙環境に与える影響を明らかにすることを目的としている。以下では2022年度の主な成果を報告する。
・グローバル多成分MHDシミュレーションに基づく火星からの電離大気散逸の数値実験を行い、コロナ質量放出(CME)通過時を模した惑星間空間磁場の回転により、大気散逸率が大きく変化することを示した。また、惑星固有磁場強度と太陽風動圧の大小関係により、支配的となる大気散逸メカニズムが変化することを系統的に明らかにした。
・多様なXUV放射強度に適用可能な熱圏モデルを開発し、太陽系初期の強いXUV放射のもとでは原子・分子放射冷却によって中性大気の散逸率が大きく低下することを示した。
・開発した磁気圏-電離圏結合内部磁気圏モデルにおいて、2種類のULF波動を再現し、各々の空間分布、自由エネルギー源を同定し、各々ドリフト共鳴とドリフト・バウンス共鳴によって励起されることを示した。
・MMS衛星の水素イオン観測データから各成分の温度と密度を抽出するフィッティング解析を多量データに対して実施することで、高温プラズマに加えて低温プラズマのグローバル特性を統計的に調査し、近尾部の低温プラズマの大部分が電離圏起源であることが明らかとなった。
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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
研究計画後半に入った2022年度には、前年度までに開発・改良してきた数値実験手法を用いて、固有磁場強度が惑星大気・宇宙環境に与える影響に関する研究を推進した。特に新規に開発しきた多流体MHDグローバルモデルについては開発検証がほぼ終了したため、2023年度は本格的に研究に使用できる見込みを得ることができた。地球からの電離大気流出に関しては、EISCATレーダーや衛星観測による長期観測データの蓄積の利点を活かして、太陽表面爆発に伴う極端現象(コロナ質量放出や共回転相互作用領域通過等)への応答などに着目したデータ解析研究結果を得ることができた。
一部繰り越し申請をした事由により内部磁気圏モデルの改良については若干の遅れがあったが、変更した計画に沿ってプラズマ圏モジュールの開発もほぼ完了させることができ、固有磁場強度を変えた数値実験の準備が整うなど、おおむね順調に研究が進捗した。
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| Strategy for Future Research Activity |
雇用を予定していた研究協力者が海外プロジェクトの都合により、2022年12月に着任することができなくなったが、研究遂行上、同様の数値実験スキルと知識を持つ新たな人材を確保することが不可欠なため、2023年4月から新たな研究協力者を雇用することで研究を推進する。
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[Journal Article] Direct observations of energetic electron scattering and precipitation due to whistler-mode waves in the dayside high-density regions2023
Author(s)
Sugo, S., Kasahara, S., Miyoshi, Y., Katoh, Y., Keika, K., Yokota, S., et al.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 128
Pages: 1-12
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Formation mechanisms of the molecular ion polar plume and its contribution to ion escape from Mars2022
Author(s)
Sakakura, K., K. Seki, S. Sakai, R. Sakata, H. Shinagawa, D. A. Brain, J. P. McFadden, J. S. Halekas, G. A. DiBraccio, B. M. Jakosky, N. Terada, T. Tanaka
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 127
Pages: e2021JA029750
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Excitation of two types of storm-time Pc5 ULF waves by ring current ions based on the magnetosphere-ionosphere coupled model2022
Author(s)
Yamakawa, T., Seki, K., Amano, T., Miyoshi, Y., Takahashi, N., Nakamizo, A., and Yamamoto, K.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 127
Pages: 2022JA030486
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Alternate oscillations of Martian hydrogen and oxygen upper atmospheres during a major dust storm2022
Author(s)
Masunaga, K., N. Terada, N. Yoshida, Y. Nakamura, T. Kuroda, K. Yoshioka, Y. Suzuki, H. Nakagawa, T. Kimura, F. Tsuchiya, G. Murakami, A. Yamazaki, T. Usui, I. Yoshikawa
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 13
Pages: 6609
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Variations in vertical CO/CO2 profiles in the Martian mesosphere and lower thermosphere measured by the ExoMars TGO/NOMAD: Implications of variations in eddy diffusion coefficient2022
Author(s)
Yoshida, N., H. Nakagawa, S. Aoki, J. Erwin, A. C. Vandaele, F. Daerden, I. Thomas, L. Trompet, S. Koyama, N. Terada, L. Neary, I. Murata, G. Villanueva, G. Liuzzi, M. A. Lopez-Valverde, A. Brines, A. Modak, Y. Kasaba, B. Ristic, G. Bellucci, J. J. Lopez-Moreno, M. Patel
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Journal Title
Geophysical Research Letters
Volume: 49
Pages: e2022GL098485
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] In Situ Observation of Solar-flare-induced Proton Cyclotron Waves Upstream from Mars2022
Author(s)
Lin, H., J. Guo, K. Masunaga, K. Seki, C. Mazelle, D. Zhao, H. Huang, J. Zhao, Y. Wei, L. Liu
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 934
Pages: 183(8pp)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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