あらせ衛星観測とシミュレーションによる放射線帯電子の非線形加速・散乱過程の理解

通过Arase卫星观测和模拟了解辐射带电子的非线性加速和散射过程

• 批准号: 20H01959
• 负责人: 三好 由純
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01959/
• 关键词: 放射線帯; プラズマ波動; 相対論的電子; シミュレーション; 数値シミュレーション; あらせ衛星; 波動粒子相互作用

地球周辺の高度1,000 kmから40,000 km付近の宇宙空間には、放射線帯（ヴァン・アレン帯）と呼ばれる高いエネルギーを持つ荷電粒子群が存在する。放射線帯に存在する電子群は、太陽からのプラズマ流（太陽風）の変化に応じて、その数が大きく増減する。「あらせ」衛星などによる新しい観測によって、非線形のプラズマ波動が電子の散乱や加速を引き起こし、放射線帯の電子の数が変化している様子が観測されてきた。しかし、衛星の観測データは衛星周辺の様子のみを計測するため、プラズマ波動が放射線帯の電子群全体に及ぼす影響はわかっていない。本研究では、特に低周波数コーラス(LBC)による非線形波動粒子相互作用のシミュレーションを行い、LBCがphase trappingと呼ばれる過程を通して、相対論的なエネルギーを持つ放射線帯電子のバタフライ分布の形成を引き起こすことを示し、学術誌で報告を行った（Saito and Miyoshi, 2022, Geophys. Res. Lett.)。また、非線形波動粒子相互作用によって、降下電子の散乱量が大きく抑制され、オーロラの発光が低減する可能性があることを指摘した。さらに、統計的散乱過程を確率微分方程式にもとづいて定式化し、テスト粒子計算に組み込むことで、一つのシミュレーションにおいて、非線形過程と準線形過程の両方を解き進めることができるコードの開発にも成功した。そのほか、「あらせ」衛星データ解析にもとづく波動粒子相互作用の研究を推進し、コーラス波動や電磁イオンサイクロトロン波動との非線形波動粒子相互作用の研究も推進した。一連の結果は、国内外の学会で報告するとともに、複数の学術誌において報告を行った。

Earth week 辺 の height 1000 km か ら pay nearly 40000 km の space に 帯 は, radiation (ヴ ァ ン · ア レ ン 帯) と shout ば れ る high い エ ネ ル ギ ー つ charged particle swarm が existence を す る. Radiation 帯 に exist す は る electronics group, sun か ら の プ ラ ズ マ flow (solar wind) の variations change に 応 じ て, そ が の number big き く rights reduce す る. "あ ら せ" satellite な ど に よ る new し い 観 measuring に よ っ て, nonlinear の プ ラ ズ が electronic の messy や マ accelerating を lead き up こ し, radiation 帯 の electronic number の が variations change し て い る others child が 観 measuring さ れ て き た. し か し, satellite の 観 measuring デ ー タ は satellite weeks 辺 の others child の み を measuring す る た め, プ ラ ズ マ fluctuations が radiation 帯 の electronics group of entire に and ぼ す influence は わ か っ て い な い. This study で は, に low cycle for コ ー ラ ス (LBC) に よ る nonlinear wave particle interaction の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を い, LBC が phase Process of trapping と shout ば れ る を tong し て, phase theory of seaborne な エ ネ ル ギ ー を hold つ radiation 帯 electronic の バ タ フ ラ distribution イ の form を lead き こ す こ と を し, academic ambition で report line を っ た (Saito and Miyoshi, 2022, Geophys. Res. Lett.). ま た, nonlinear wave particle interaction に よ っ て, lowered electronic の が large amount of scattered き く inhibit さ れ, オ ー ロ ラ の 発 が low light reduction す る possibility が あ る こ と を blame し た. さ ら に, statistical process of scattered を really rate differential equations に も と づ い て demean し, テ ス ト particle calculation に group み 込 む こ と で, a つ の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に お い て と quasi linear and nonlinear process の struck party き を solution into め る こ と が で き る コ ー ド の open 発 に も successful し た. そ の ほ か, "あ ら せ" satellite デ ー タ parsing に も と づ く wave particle interaction の research を し, コ ー ラ ス や electromagnetic fluctuations イ オ ン サ イ ク ロ ト ロ ン fluctuations と の nonlinear wave particle interaction も の research advance し た. A series of <s:1> results, で reports from domestic and foreign <s:1> societies するとと に に, and multiple <s:1> academic journals にお て て reports を lines った.

项目成果

Study of Spatiotemporal Development of Global Distribution of Magnetospheric ELF/VLF Waves Using Ground‐Based and Satellite Observations, and RAM‐SCB Simulations, for the March and November 2017 Storms

• DOI: 10.1029/2020ja028216
• 发表时间: 2021-02
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Yuhei Takeshita;K. Shiokawa;Y. Miyoshi;M. Ozaki;Y. Kasahara;S. Oyama;M. Connors;J. Manninen;V. Jordanova;D. Baishev;A. Oinats;V. Kurkin

Proton aurora and relativistic electron microbursts scattered by electromagnetic ion cyclotron waves

• DOI: 10.3389/fspas.2022.975123
• 发表时间: 2022-08
• 作者: M. Shumko;B. Gallardo‐Lacourt;A. Halford;L. Blum;Jun Liang;Y. Miyoshi;K. Hosokawa;E. Donovan;I. Mann;K. Murphy;E. Spanswick;J. Blake;M. Looper;D. Gillies

Statistical Survey of Arase Satellite Data Sets in Conjunction With the Finnish Riometer Network

结合芬兰 Riometer 网络对 Arase 卫星数据集进行统计调查

• DOI: 10.1029/2022ja030271
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Thomas. N.;Kero. A.;Miyoshi Y.;Shiokawa K.;Hyotyla M.;Raita T.;Kasahara Y.;Shinohara I.;Matsuda S.;Nakamura S.;Kasahara S.;Yokota S.;Keika K.;Hori T.;Mitani T.;Takashima T.;Asamura K.;Kazama Y.;Wang S.‐Y.;Jun C.‐W.;Higashio N.
• 通讯作者: Higashio N.

チェコ・科学アカデミー(チェコ)

捷克科学院（捷克共和国）

On the Importance of Using Event‐Specific Wave Diffusion Rates in Modeling Diffuse Electron Precipitation

• DOI: 10.1029/2021ja029918
• 发表时间: 2022-04
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Yiqun Yu;K. Hosokawa;B. Ni;V. Jordanova;Y. Miyoshi;Jinbin Cao;X. Tian;Long Ma