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。

在外太空中，地球周围约1,000公里至40,000公里，有一组高能量充电的颗粒，称为范·艾伦带。辐射带中存在的电子基数量随着太阳的血浆流量（太阳风）的变化而显着增加或减少。通过“卫星”的新观察结果，已经观察到其他来源引起电子散射和加速度，并且辐射带中的电子数正在改变。但是，由于卫星观察数据仅测量卫星的周围环境，因此血浆振动对辐射带中整个电子组的影响尚不清楚。在这项研究中，我们模拟了非线性波颗粒的相互作用，特别是通过低频合唱（LBC），我们表明LBC通过称为相位捕获的过程，并在学术期刊中报道了具有相对论能量的辐射带电子的蝴蝶分布形成（Saito and Miyoshi，saito and Miyoshi，2022222222222222222.）。还指出，非线性波颗粒相互作用极大地抑制了降降电子的散射量，这可以减少极光的发射。此外，通过制定基于随机微分方程的统计散射过程并将其纳入测试粒子计算中，我们还成功地开发了一个可以在一个模拟中求解非线性和准线性过程的代码。此外，该公司基于“弧度”卫星数据分析促进了对波颗粒相互作用的研究，并研究了与合唱波和电磁离子循环基因波的非线性波颗粒相互作用。在国内和国际上以及几个学术期刊上都在学术会议上报告了一系列结果。

项目成果

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

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

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.

Plasma Waves Causing Relativistic Electron Precipitation Events at International Space Station: Lessons From Conjunction Observations With Arase Satellite

等离子体波在国际空间站引起相对论性电子沉淀事件：Arase 卫星联合观测的教训

• DOI: 10.1029/2020ja027875
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Kataoka Ryuho;Asaoka Yoichi;Torii Shoji;Nakahira Satoshi;Ueno Haruka;Miyake Shoko;Miyoshi Yoshizumi;Kurita Satoshi;Shoji Masafumi;Kasahara Yoshiya;Ozaki Mitsunori;Matsuda Shoya;Matsuoka Ayako、Kasaba Yasumasa;Shinohara Iku;Hosokawa Keisuke;U
• 通讯作者: U

Flux enhancements of field-aligned low-energy O+ ion (FALEO) in the inner magnetosphere: A possible source of warm plasma cloak and oxygen torus

内磁层中场对准低能 O 离子 (FALEO) 的通量增强：温暖等离子体斗篷和氧环的可能来源

• DOI: 10.1029/2021ja030008
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Geophysical Research
• 作者: Nose;M.;A. Matsuoka;Y. Miyoshi;K. Asamura;T. Hori;M. Teramoto;I. Shinohara;M. Hirahara;C. A. Kletzing;C. W. Smith;R. J. MacDowall;H. E. Spence;G. D. Reeves;and J. W. Gjerloev
• 通讯作者: and J. W. Gjerloev