2015 Fiscal Year Annual Research Report
非線形プラズマ波動粒子相互作用による地球放射線帯の形成・消失過程の研究
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26287120
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大村 善治 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (50177002)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小路 真史 名古屋大学, 学内共同利用施設等, 助教 (80722082)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 非線形過程 / プラズマ科学 / 超高層物理学 / 磁気圏 / 放射線帯 / 波動粒子相互作用 / 計算機シミュレーション / 粒子加速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
コーラス放射による相対論的電子フラックスの形成過程について数値グリーン関数法を使って再現することに成功し、その詳細な過程を解析して論文を出版した。初期分布として１０－３０keVのエネルギーと１０－９０度までの赤道ピッチ各で一様な電子フラックスが継続的に磁気圏に注入されると想定して、１０keVから６MeVまでのグリーン関数との畳み込み積分により、その時間発展を追跡する。数MeVレンジにおけるURAによる加速は、ピッチ各を下げる方向に作用し、位相空間での速度分布関数はダンベル型、あるいはバタフライ型の形状となることが分かり、衛星観測とも良い一致を見た。
一方、EMIC波による放射線帯の相対論的電子のピッチ角散乱過程について、新しい知見を得ることができた。ロスコーン付近の低ピッチ角の電子について、非線形トラッピングの条件を計算したところ、非線形トラッピングではなく、運動方程式におけるもう一つの非線形項によって有効なピッチ角散乱が起こってロスコーンに降下することが判明したさらに、EMIC波が発生している経度範囲を10度に限定して、その部分のピッチ角散乱によって放射線帯全体の電子分布がどのように変化するかを調べ、SLPAと合わせて学術誌に論文投稿を行った。
コーラスと高エネルギー電子の相互作用の研究では、従来では外部磁場に平行に伝搬するモードのみを想定して行われてきたが、新たに斜め伝搬の相互作用について理論と数値モデルを作成して、これまで考えていなかった共鳴過程が有効に起こることを示した。この論文を学術誌に発表した。
コーラスと高エネルギー電子の相互作用の研究では、従来では外部磁場に平行に伝搬するモードのみを想定して行われてきたが、新たに斜め伝搬の相互作用について理論と数値モデルを作成して、これまで考えていなかった共鳴過程が有効に起こることを示した。この論文を学術誌に発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
順調に研究が進んだ上に、新たな物理過程に対する知見を得ることができた。国際共同研究も活発に行い、本研究に関する研究成果をまとめた主論文4編、および関連論文を4編発表することができたため、当初の計画以上の進展を見ることができたと自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）斜め伝搬ホイッスラーモード波による加熱・ピッチ角散乱過程の解明：前年度の行った平行伝搬コーラスのモデルを拡張して、コーラス放射が赤道域から次第に外部磁場に対して斜め伝搬となるように波動のモデルを設定し、斜め伝搬によって起こるランダウ共鳴による粒子加速およびピッチ角散乱の素過程を解析し、加えて数値グリーン関数を計算することにより放射線帯の形成過程を定量的に追跡する。
（2）ＥＭＩＣトリガード放射による相対論的電子のピッチ角散乱過程：電磁イオンサイクロトロン（ＥＭＩＣ）波のライジングトーン放射によって極めて効率的に相対論的電子のピッチ角散乱が起こることがこれまでの研究で分かっているが、放射線帯電子が極域大気に降下して、放射線帯電子フラックスが減少する過程を、ＥＭＩＣ波の経度分布を含めてテスト粒子シミュレーションにより再現する。
（3）コーラスおよびＥＭＩＣ波のサブパケットによる電子加熱効果の評価：コーラス放射およびＥＭＩＣ波のライジングトーン放射がサブパケット構造を持っていることが分かってきた。サブパケット構造を持つ波動をモデルにして、コーラスによる線形成過程に加えてＥＭＩＣ波のピッチ角散乱による放射線消失過程を含めて数値グリーン関数法を実行し、放射線帯の長時間変動のモデルを構築することを検討する。
（4）準線形拡散モデルと数値グリーン関数法の比較：放射線帯変動のモデリングにおいて準線形拡散モデルが多く使われているが、本研究で開発する数値グリーン関数法によるモデリングと準線形拡散モデルを比較して、本研究の手法の方が観測結果をより正確に再現できることを示す。
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| Causes of Carryover |
研究が予想以上に進展し、多くの研究成果が得られつつある。次年度の国際学会に共同研究者および本研究課題に取り組んでいる学生を派遣して、成果発表を行い、論文発表をしてゆく必要がある。当初の計画以上の旅費と学会登録費が必要となってきたため、次年度に一部の予算を繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2016年6月末に台湾で開催されるICPP 2016および12月にサンフランシスコで開催されるAGU Fall Meeting 2016に、大学院学生3名を派遣する予定である。
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[Journal Article] Van Allen probes, NOAA, GOES, and ground observations of an intense EMIC wave event extending over 12 h in magnetic local time2015
Author(s)
M. Engebretson, J. Posch, J. Wygant, C. Kletzing, M. Lessard, C. Huang, H. Spence, C. Smith, H. Singer, Y. Omura, R. Horne, G. Reeves, D. Baker, M. Gkioulidou, K. Oksavik, I. Mann, T. Raita, K. Shiokawa
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Journal Title
J. Geophy. Res. Space Physics
Volume: 120
Pages: 5465–5488
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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