地球型惑星の比較に基づく惑星大気・宇宙環境に固有磁場強度が与える影響に関する研究

基于类地行星对比的本征磁场强度对行星大气和空间环境的影响研究

• 批准号: 20H00192
• 负责人: 関 華奈子
• 金额: $ 28.45万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00192/
• 关键词: 惑星大気進化; 宇宙環境; 固有磁場; ハビタブル惑星; 大気散逸; 内部磁気圏

本研究は、大気を持つ地球型惑星の比較に基づき、惑星大気・宇宙環境の理解に向けた２つの重要な要素（宇宙空間への大気散逸と内部磁気圏の形成）に、固有磁場強度が与える影響を解明することを目的としている。そのために、独自の多成分MHDモデルと内部磁気圏モデルを観測との比較を通して改良するとともに、多流体MHDモデルを新たに開発する。開発したモデルを用いて３つの主要課題(1.大気散逸の質量依存性、2.内部磁気圏形成の影響、3. 固有磁場強度による大気散逸機構の変化)を系統的に整理し、固有磁場強度が惑星大気・宇宙環境に与える影響を明らかにすることを目的としている。以下では2021年度の主な成果を報告する。・FAST衛星による観測データの統計解析に基づき、電子降り込みやプラズマ波動によるエネルギーインプットに、電離圏からのイオン流出がどのように応答するかを調べ、太陽天頂角依存性を明らかにするとともに、モデルの境界条件としても使用可能な経験モデルを構築した。・地球内部磁気圏における「あらせ」衛星による異なるイオン種(H+, He++, He+. O++, O+)の観測データ解析から、磁気圏尾部での磁場形状の双極子化に伴って、荷数の低い重イオンが選択的に加熱されることを明らかにした。・火星大気への太陽高エネルギー粒子の降り込みによるオーロラ発光のモデル研究により、従来考えられていた電子だけではなく陽子の降り込みが火星diffuseオーロラに寄与することが示された。・太陽風ー非磁化惑星相互作用による大気散逸研究を進めるための多流体MHDモデル、および、火星・金星型のCO2大気に応用可能な熱圏モデルの両方の開発に着手し、初期結果を得た。

基于大气地球行星的比较，本研究旨在阐明固有磁场强度对两个重要因素（外层空间的空气耗散和内部磁层的形成）的影响，旨在了解地球的大气和空间环境。为此，我们将通过与观测值进行比较来改善自己的多组分MHD模型和内部磁层模型，并将开发一种新的多流体MHD模型。目的是使用开发的模型系统地组织三个主要问题（1。大气分散的质量依赖性，2。内部磁层形成的影响，3。使用开发模型的大气分散机制的变化），并使用开发的模型阐明了固有磁场强度对星球的大气和空间环境的影响。下面我们将报告2021财政年度的主要结果。-基于快速卫星对观察到的数据的统计分析，我们研究了来自电离层的离子流出如何响应由电子和等离子体波引起的能量输入的响应，从而揭示了太阳能角度的依赖性，并揭示了可以用作边界条件的经验模型。 - 对不同离子物种（H+，He ++，He+。O ++，O+）进行的观察数据分析通过内部磁层中的“ Arase”卫星表明，具有较低载荷的重离子与磁场处的磁场形状的偶极子选择性加热。 - 太阳能高能颗粒降低到火星大气中引起的极光发射的模型研究表明，质子（不仅是电子）的下降有助于火星弥漫性极光。 - 我们开始开发多流体的MHD模型，以推动由于太阳能非磁性行星相互作用而对大气分散的研究，并获得了可以应用于MARS-Venus-Venus-type CO2大气的热层模型，并获得了初始结果。

项目成果

A new global multifluid MHD model with the cubed sphere focusing on Martian ionosphere and magnetosphere

一种新的全局多流体 MHD 模型，其立方球体重点关注火星电离层和磁层

• 发表时间: 2021
• 作者: 坂田遼弥;関華奈子;堺正太朗;寺田直樹;品川裕之;田中高史
• 通讯作者: 田中高史

Roles of an intrinsic magnetic field and solar conditions in ion escape at Mars and its implications for habitability

内在磁场和太阳条件在火星离子逃逸中的作用及其对宜居性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 坂田遼弥;関華奈子;堺正太朗;寺田直樹;品川裕之;田中高史
• 通讯作者: 田中高史

Martian oxygen and hydrogen upper atmospheres responding to solar and dust storm drivers: Hisaki space telescope observations

火星上层大气中的氧气和氢气对太阳和沙尘暴驱动因素的响应：久崎太空望远镜的观测

• DOI: 10.1029/2020je006500
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of Geophysical Research
• 作者: K. Masunaga;K. Yoshioka;M. S. Chaffin;J. Deighan;S. K. Jain;N. M. Schneider;T. Kimura;F. Tsuchiya;G. Murakami;A. Yamazaki;N. Terada;and I. Yoshikawa
• 通讯作者: and I. Yoshikawa

Preferential Energization of Lower‐Charge‐State Heavier Ions in the Near‐Earth Magnetotail

近地磁尾中低电荷态重离子的优先赋能

• DOI: 10.1029/2021ja029786
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Keika K.;Kasahara S.;Yokota S.;Hoshino M.;Seki K.;Amano T.;Kistler L. M.;Nos? M.;Miyoshi Y.;Hori T.;Shinohara I.
• 通讯作者: Shinohara I.

Plasmasphere formation around terrestrial exoplanets: Possible evidence of the exoplanetary intrinsic magnetic field and atmosphere

类地系外行星周围的等离子体圈形成：系外行星固有磁场和大气的可能证据

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoshida;K.;Cruz;J.;Osaki A.;Manoj;M.C.;Hatano;N.;France-Lanord;C.;関華奈子
• 通讯作者: 関華奈子