2023 Fiscal Year Final Research Report

Study on effects of the intrinsic magnetic field strength on planetary atmospheres and space environments based on comparisons of terrestrial planets

Research Project

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Project/Area Number	20H00192
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	Seki Kanako 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (20345854)
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) 平原聖文名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50242102) 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)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
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
Outline of Final Research Achievements	Based on improvement and development of original numerical models through comparison with observations, we investigated the effects of intrinsic magnetic field strength on two important aspects (atmospheric escape and inner magnetosphere formation) to understand planetary atmospheres and space environments. The main results include: The magnetic storms tend to intensify when the intrinsic magnetic field is about 2/3 of the present Earth value. The effect of the intrinsic magnetic field strength on the atmospheric ion escape rate depends on the ratio of the solar wind dynamic pressure to the magnetic pressure of the planetary intrinsic magnetic field at high latitudes. The escape rate increases when the former is large, but decreases significantly when the latter is dominant. The planetary dipole magnetic field whose magnetic pressure is stronger than the solar wind dynamic pressure enables Earth/Venus-size planets to retain their atmospheres even under strong stellar XUV radiation.
Free Research Field	宇宙惑星科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	惑星が長期に地球型生命生存に重要な液体の水（海）を保持してハビタブル惑星としての必要条件を満たせるかどうかは、惑星がどの程度の大気、特に温室効果ガスを保持できるかに左右される。本研究で得られた惑星表面磁場0から5000nT程度までの惑星の大気散逸等に関する成果は、固有磁場強度が惑星大気・宇宙環境に与える影響を系統的に明らかにし、活動度の高い恒星のまわりの地球型惑星がハビタブル環境を獲得するために固有磁場が必要か否か、という問いに答えるための基盤となる知見となっている。