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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。
研究計画
電磁波(コーラス)による電子加速
電磁イオンサイクロン波(EMIC)による電子消失
ダクト構造による消失領域の形成
装置の小型化・省電力化
世界初の降り込み電子・プラズマ密度同時観測で、ダクト構造と放射線帯消失過程との関連を明らかに
太陽活動上昇・極大期(2024-2025年頃)の活動的な放射線帯の観測研究
放射線帯モデルの木星への拡張
プラズマ物理の基礎過程を明らかにし、放射線帯コントロール技術の学理を構築する
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する
| 2023年 |
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| 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] |
| 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 |
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| Ozaki, M., T. Kondo, S. Yagitani, M. Hikishima, and Y. Omura (2024), Possible global generation region of nonlinear whistler‐mode chorus emission waves at Mercury, J. Geophys. Res.: Space Physics, 129, doi:10.1029/2023JA032086. [LINK] |
| Wang, X., H. Chen, Y. Omura, Y.-K. Hsieh, L. Chen, Y. Lin, et al. (2024), Resonant electron signatures in the formation of chorus wave subpackets. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL108000, doi:10.1029/2023GL108000. [LINK] |
| 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] |
| Ojha, B., Y. Omura, S. Singh, and G. S. Lakhina (2024), Observations of co‑existing rising and falling tone emissions of electromagnetic ion cyclotron waves, Earth Planets Space, 76:81, doi:10.1186/s40623-024-02027-2. [LINK] |
| Chen, H., Wang, X., Chen, L., Zhang, X.‐J., Omura, Y., Chen, R., et al. (2024), Nonlinear electron trapping through cyclotron resonance in the formation of chorus subpackets, Geophysical Research Letters, 51, e2024GL109481. [LINK] |
| Sekine, T., Omura, Y., Summers, D., Hsieh, Y.‐K., and Nakamura, S. (2024), Particle acceleration in Jupiter's ion radiation belts by nonlinear wave trapping, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 129, e2023JA031879. [LINK] |
| Tanaka, T., Ebihara, Y., Watanabe, M., Fujita, S., & Kataoka, R. (2024), Multiple convection cells induced by in‐front and off‐front interactions between the obliquely northward IMF and the geomagnetic field, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 129, e2023JA031994. [LINK] |
| Kakad, B., Kakad, A., Omura, Y., & Yoon, P. H. (2024), First observation of harmonics of magnetosonic waves in Martian magnetosheath region, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 129, e2024JA032538. [LINK] |
| Chen, H., Wang, X., Zhao, H., Lin, Y., Chen, L., Omura, Y., et al. (2024), Electron dynamics associated with advection and diffusion in self‐consistent wave‐particle interactions with oblique chorus waves, Geophysical Research Letters, 51, e2024GL110362. [LINK] |
| 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] |
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| 城 剛希, 地球電磁気・地球惑星圏学会 学生発表賞（オーロラメダル）, "Effects of ULF oscillation on the duct propagation of whistler-mode chorus emissions", 2023年秋季年会 |
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研究体制| 研究代表者 | 加藤 雄人（東北大学 大学院理学研究科） |
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| 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） |