Association between auroral breakups and oxygen ions in Earth's magnetotail

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オーロラは大気の発光であり、地球では数時間に一度、爆発的に増光する。このオーロラ爆発は、地球磁気圏に蓄積した磁気エネルギーが、突発的に解放される過程の投影である。このエネルギー解放の機構は、磁力線をつなぎ替える磁気再結合であると考えられている。しかし、磁気再結合が発生しても、オーロラ爆発は必ずしも発達しないことが、応募者の研究でわかってきた。この不対応を理解するために本研究では、磁気圏プラズマの主成分である水素イオンに加え、水素イオンより質量が16倍も重い酸素イオンに着目する。本研究の目的は、地球磁気圏尾部の酸素イオンが磁気再結合・オーロラ爆発におよぼす影響を観測的に解明することである。本年度は、酸素原子と酸素原子イオンの衝突断面積について、量子的な微細構造効果の解明を行った。この場合の微細構造効果とは、エネルギー状態の異なる酸素原子の相対割合が温度によって異なるために、低温で衝突断面積が増大する効果を指す。酸素原子とそのイオンは、地球・金星・火星の電離圏を構成する主要な粒子種である。両粒子間の衝突は、衝突断面積モデルとして表現される。最近、教科書的なhigh-energyタイプのモデルでなく、wide-energyタイプのモデルが正しいことが示された。このwide-energyタイプのモデルの、有効な温度範囲は300-2000 K程度である。本研究で、カーブ軌道効果と微細構造効果を考慮することにより、関数フィットの基底関数を改良した。この結果、有効温度範囲は75-9000 Kと広がり、地球・金星・火星の電離圏に十分となった。