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

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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。