PCUBE | Probing, Controlling, and Understanding of Radiation Belt Environments 惑星放射線帯消失モデルの実証と能動的制御方法の開拓

お知らせ

地球に降り込む高エネルギー電子を地磁気による磁気ミラー力が跳ね返す効果を観測的に実証
地球周辺の宇宙空間には、数10keVから数MeVに及ぶ高エネルギー電子が存在しており、…2025/11/6
第5回PCUBE全体会合を開催しました
PCUBEプロジェクトの第5回全体会合をリモートで開催しました。日時：2025年10月2日(…2025/10/2
研究集会「ERGサイエンス会議」を共催しました
名古屋大学宇宙地球環境研究所が主催する研究集会「太陽圏システム科学としての宇宙…2025/9/12
Whistler-Mode Chorus Wave Duct Propagation Caused by Ultralow Frequency Wave: Event Analysis and Ray-Tracing Simulation.
ULF波動に起因するホイッスラーモード波動のダクト伝搬の初観測事例がGeophysical Re…2025/9/4
Nonlinear Dynamics and Auroral Acceleration Processes of Electrons Driven by Kinetic Alfvén Waves in the Magnetosphere
Saito, K. et al. (2025) 地球物理学の専門誌Journal of Geophysical Research: Spac…2025/3/30

研究背景・目的

惑星放射線帯消失モデルの実証

　地球を取り巻くように存在する放射線帯は、太陽フレア等の影響により数時間ほどで一気に消失し、数時間後に再び現れて、消失する前よりも一桁以上電子の量が増えるなどダイナミックに変動することが明らかとなっています。この観測結果は、地球の周辺において非常に高効率な電子の消失・加速プロセスが生じていることを示していますが、いつ・どこで・どのように放射線帯電子が消失するかについては完全には理解されていません。

　本研究では、私たちが世界に先駆けて明らかとした電磁波による高効率な放射線帯消失機構を主軸に据えて、放射線帯物理モデルを開発します。最先端の計測器を超小型衛星に搭載し、既存の観測に加えることで、磁気圏で電磁波を集める「ダクト構造」が放射線帯を高効率に消失させる経路になるという仮説を実証します。

能動的制御方法の開拓

　放射線帯電はそのエネルギーの高さから、地球周辺を飛翔する宇宙機の障害や宇宙飛行士の被曝要因となることが知られています。放射線帯の能動的制御方法の模索も進められており、磁気圏での人工的な電磁波放射実験などが行われています。また、近年明らかとなった電磁波による高効率な放射線帯消失機構の理解を深めることは、プラズマ物理の基礎過程を明らかとする学術的に重要な成果となることに加えて、放射線帯コントロール技術の学理を構築することに繋がります。本研究により、能動実験の理論的基盤を獲得することで、人類の宇宙利用と有人宇宙探査の促進に貢献します。

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2023年
Saito, K., Y. Katoh, Y. Kawazura, M. Kitahara, T. Kimura, and A. Kumamoto (2023) Plasma distribution solver: A model for field-aligned plasma profiles based on spatial variation of velocity distribution functions, J. Geophys. Res.: Space Physics, 128, e2023JA031660, doi:10.1029/2023JA031660. [LINK]
Katoh, Y., P. S. Rosendahl, Y. Ogawa, Y. Hiraki, and H. Tadokoro (2023) Effect of the mirror force on the collision rate due to energetic electron precipitation: Monte Carlo simulations. Earth Planets Space, 75, 117, doi:10.1186/s40623-023-01871-y. [LINK]
Wu, Z., H. Huang, Y. Wu, X. Tao, Y. Katoh, and X. Wang (2023) Connection between chorus wave amplitude and background magnetic field inhomogeneity: A parametric study, Geophysical Research Letters, 50, e2023GL106397, doi:10.1029/2023GL106397. [LINK]
Belakhovsky, V.B., V.A. Pilipenko, E.E. Antonova, Y. Miyoshi, Y. Kasahara, S. Kasahara, N. Higashio, I. Shinohara, T. Hori, S. Matsuda, S. Yokota, T. Takashima, M. Takefumi, K. Keika and S. Nakamura (2023) Relativistic electron flux growth during storm and non-storm periods as observed by ARASE and GOES satellites, Earth Planets Space 75, 189. [LINK]
Chen, L., K. Shiokawa, Y. Miyoshi, S. Oyama, C.-W. Jun, Y. Ogawa, K. Hosokawa, Y. Kazama, S. Y. Wang, S. W. Y. Tam, T. F. Chang, B. J. Wang, K. Asamura, S. Kasahara, S. Yokota, T. Hori, K. Keika, Y. Kasaba, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, M. Shoji, Y. Kasahara, A. Matsuoka, I. Shinohara, S. Nakamura (2023) Correspondence of Pi2 pulsations, aurora luminosity, and plasma flux fluctuation near a substorm brightening aurora: Arase observations, J. Geophys. Res. [LINK]
Kistler, L.M., K. Asamura, S. Kasahara, Y. Miyoshi, C. G. Mouikis, K. Keika, S. M. Petrinec, M. L. Stevens, T. Hori, S. Yokota & I. Shinohara (2023) The variable source of the plasma sheet during a geomagnetic storm, Nature Comms. [LINK]
Kumar S., Y. Miyoshi, V. Jordanova, L. M. Kistler, I. Park, C. Jun, T. Hori, K. Asamura, Shreedevi P. R, S. Yokota, S. Kasahara, Y. Kazama, S.-Y. Wang, Sunny W. Y. Tam, Tzu-Fang Chang, T. Mitani, N. Higashio, K. Keika, A. Matsuoka, S. Imajo, and I. Shinohara (2023) Plasma pressure distribution of ions and electrons in the inner magnetosphere during CIR driven storms observed during Arase era, J. Geophys. Res. [LINK]
Nanjo S., S. Ebukuro, S. Nakamura, Y. Miyoshi, S. Kurita, S.-I. Oyama, Y. Ogawa, K. Keika, Y. Kasahara, S. Kasahara, A. Matsuoka, T. Hori, S. Yokota, S. Matsuda, I. Shinohara, S.-Y. Wang, Y. Kazama, C.-W. Jun, M. Kitahara, K. Hosokawa (2023) An implication of detecting the internal modulation in a pulsating aurora: a conjugate observation by the Arase satellite and all-sky imagers, J. Geophys. Res. [LINK]
Jun C.-W., Y. Miyoshi, S. Nakamura, M. Shoji, M. Kitahara, T. Hori, C. Yue, J. Bortnik, L. Lyons, K. Min, Y. Kasahara, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, K. Asamura, I. Shinohara, A. Matsuoka, S. Imajo, S. Yokota, S. Kasahara, and K. Keika (2023) Statistical Study of EMIC Waves and Related Proton Distributions Observed by the Arase Satellite, J. Geophys. Res. [LINK]

2024年
Hirai, A., Tsuchiya, F., Obara, T., Miyoshi, Y., Katoh, Y., Kasaba, Y., et al. (2025) Properties of EMIC waves and EMIC wave‐driven electron precipitation in subauroral latitudes observed at Athabasca, Canada, J. Geophys. Res.: Space Physics, 130, e2024JA033357, doi:10.1029/2024JA033357. [LINK]
Saito, K., Y. Katoh, Y. Kawazura, and A. Kumamoto (2025) Nonlinear dynamics and auroral acceleration processes of electrons driven by kinetic Alfvén waves in the magnetosphere, J. Geophys. Res.: Space Physics, 130, e2024JA033469. [LINK]
Kurita, S., Y. Miyoshi, S. Saito, S. Kasahara, Y. Katoh, S. Matsuda, S. Yokota, Y. Kasahara, A. Matsuoka, T. Hori, K. Keika, M. Teramoto, and I. Shinohara (2025) Detection of ultrafast electron energization by whistler-mode chorus waves in the magnetosphere of Earth, Sci. Rep. 15, 992. [LINK]
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Foster, J. C., P. J. Erickson, and Y. Omura (2024) Upstream motion of chorus wave generation: comparisons with observations, Front. Astron. Space Sci. 11:1374331, doi:10.3389/fspas.2024.1374331. [LINK]
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Ozaki, M., Mizote, K., Kondo, T.,　Yagitani, S., Hikishima, M., & Omura, Y.　(2024) Suppression of nonlinear chorus wave growth by active control of gyroresonant interactions with electron hole deformation, Geophysical Research Letters, 51, e2024GL112218. [LINK]

2025年
Ampuku, Y., Tsuchiya, F., Kurita, S., Kasaba, Y., Katoh, Y., Fukizawa, M., Y. Miyoshi, I. Shinohara, Y. Kasahara, S. Matsuda, A. Kumamoto, A. Matsuoka, M. Kitahara, and O. Santolik (2025) Ducted propagation of whistler mode waves observed by the Arase satellite. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 130, e2024JA033359. [LINK]
Tachi, K., Y. Katoh, O. Santolik, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, Y. Kasaba (2025) Whistler-Mode Wave Duct Propagation Caused by Ultralow Frequency (ULF) Wave: Ray-Tracing Simulations and Cluster Observations, URSI Radio Science Letters, 7, doi:10.46620/25-0019. [LINK]
Zhang, X.‐J., Artemyev, A., Katoh, Y., Hsieh, Y., Angelopoulos, V., Torii, S., R. Kataoka, Y. Akaike, and S. Nakahira (2025) Exploring outer radiation belt losses from the International Space Station. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL116966. [LINK]
Tachi, K., Y. Katoh, and O. Santolík (2025) Whistler-Mode Chorus Wave Duct Propagation Caused by Ultralow Frequency Wave: Event Analysis and Ray-Tracing Simulation, Geophysical Research Letters, 52(17), e2025GL116840. [LINK]

2026年
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2027年
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研究代表者	加藤雄人（東北大学大学院理学研究科）
研究分担者	大村善治（京都大学生存圏研究所）、笠原慧（東京大学大学院理学系研究科）、篠原育（宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所）、寺本万里子（九州工業大学大学院工学研究院）、三谷烈史（宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所）
研究協力者	熊本篤志（東北大学大学院理学研究科）、小嶋浩嗣（京都大学生存圏研究所）、栗田怜（京都大学生存圏研究所）、謝怡凱（京都大学生存圏研究所）、小川泰信（極地研究所）、北村健太郎（九州工業大学）、松田昇也（金沢大学）、三好由純（名古屋大学）、小路真史（名古屋大学）、山本和弘（名古屋大学）、臼井英之（神戸大学）、三宅洋平（神戸大学）、田所裕康（東北学院大学）

2024年
齋藤幸碩, 地球電磁気・地球惑星圏学会2024年秋季年会優秀発表賞, 地球磁気圏におけるkinetic Alfven waveによる効率的な電子加速過程の理論・数値的検討, 2024年11月
新井まどか, 地球電磁気・地球惑星圏学会2024年秋季年会優秀発表賞, Repetition period of REP and chorus observed during the conjunction event of ISS/CALET and the Arase satellite, 2024年11月
酒井啓伍, 地球電磁気・地球惑星圏学会2024年秋季年会優秀発表賞, Test Particle Simulations of Ion Acceleration by BBELF waves at Ionospheric Altitudes, 2024年11月

2025年
城剛希, 日本地球惑星科学連合2025年大会　学生優秀発表賞, ULF波動によるホイッスラーモード波動のダクト伝搬：事例・統計解析, 2025年5月
城剛希, Young Scientist Award, URSI Asia-Pacific Radio Science Conference, Whistler-Mode Wave Duct Propagation Caused by ULF Wave: Ray-Tracing Simulations and Cluster Observations, 2025年8月.
田所裕康, 石田實記念財団研究奨励賞, 宇宙天気予報の精度向上に資する高エネルギー電子の地球大気への消失機構に関する研究, 2025年11月.