Exploring the Magnetosphere-Ionosphere coupling process: emergence of magnetospheric dynamics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H01961
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Yoshikawa Akimasa 九州大学, 国際宇宙惑星環境研究センター, 教授 (70284479)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): Ohtani Shinichi 九州大学, 国際宇宙惑星環境研究センター, 客員教授 (20778641) ; 中溝 葵 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波伝搬研究センター, 主任研究員 (90437757)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 磁気圏電離圏結合 / 電離圏分極効果 / 電離圏能動的効果

Outline of Final Research Achievements

The ionosphere, which has traditionally been treated as a mirror image of magnetospheric phenomena, was thoroughly analyzed to elucidate how ionospheric dynamics actively influence magnetospheric dynamics in a coupled system. By implementing an algorithm that organizes the energy and momentum exchange through Alfven waves entering and exiting the ionosphere into a global solar wind-magnetosphere-ionosphere coupling simulator, it was revealed that the polarization processes in the ionosphere, particularly the Hall polarization fields arising in non-uniform regions of Hall conductivity, distort ionospheric convection. Consequently, the Hall polarization electric field generated in this process, along with the associated field-aligned currents emerging from the ionosphere, modifies magnetospheric dynamics.

Free Research Field

宇宙空間科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球磁気圏電離圏結合システムは、宇宙天気をコントロールする最も重要な要素の1つである。この系において、従来電離圏は磁気圏の合わせ鏡として見做され、磁気圏ダイナミクスに対して能動的な役割を持つとは考えてこられなかった。これに対して本研究は、まずPBIと呼ばれるオーロラ増光現象は、電離圏から磁気圏に向けて湧き上がる自由エネルギーを利用して生じていることを観測的に確かめると同時に、計算機実験により、電離圏で生じた分極効果が磁気圏ダイナミクスに影響を与えていることなど明らかにした。以上の様に、本研究は、電離圏が磁気圏に対して動的効果を働きかけるということを明らかにしたという学術的にも重要な意義を持つ。