Multi-Point Observations of Plasma Dynamics in the Martian System

惑星大気の宇宙空間への散逸は、地球型惑星の生命生存可能環境の成立条件を左右するだけでなく、惑星大気起源の物質を衛星に供給する役割を果たす、惑星系の進化を決定付ける最重要過程の一つである。地球型惑星の中でも火星は特に重要な研究対象であるが、従来の単一探査機による観測では、一点観測の限界により、動的な現象に富む火星電離大気散逸を適切に捉えることができなかった。本研究の目的は、複数探査機による同時多点観測データの複合解析を実施することで、火星系における電離大気の動態を解明することにある。2022年度の主な成果は以下の通りである。本計画初年度である2022年度には、まず太陽風変動に対する昼側電離圏の応答について、MAVEN・Mars Express探査機の同時多点観測データの複合解析に着手した。具体的には、火星バウショック上流においてピックアッププロトンとのサイクロトロン共鳴により励起された上流「プロトンサイクロトロン」波動（以下、PCW）が下流に移流・伝搬し、誘導磁気圏界面に周期的に圧力パルスを印加することで火星電離圏に圧縮性磁気音波を駆動する現象に着目した。Mars Express/MARSISが火星電離圏で稼働しておりその場の磁場強度推定が可能であり、かつMAVENが上流太陽風でPCWを観測している期間を抽出し、両データを比較解析したところ、同一周波数の上流PCWと火星電離圏圧縮性磁気音波の二点同時観測に成功した。更に同様の事例を多数同定するアルゴリズムを開発し、長期の同時観測データに適用することで、上流PCWと火星電離圏圧縮性磁気音波の発生特性について統計調査を実施した。その結果、上流太陽風で発生したPCWは、数10%程度の確率で昼側電離圏で検出可能な圧縮性磁気音波を駆動すること、およびその検出確率は太陽風動圧などの上流パラーメータに依存することが明らかになった。

惑星大気の宇宙空間への散逸は、地球型惑星の生命生存可能環境の成立条件を左右するだけでなく、惑星大気起源の物質を衛星に供給する役割を果たす、惑星系の進化を決定付ける最重要過程の一つである。地球型惑星の中でも火星は特に重要な研究対象であるが、従来の単一探査機による観測では、一点観測の限界により、動的な現象に富む火星電離大気散逸を適切に捉えることができなかった。本研究の目的は、複数探査機による同時多点観測データの複合解析を実施することで、火星系における電離大気の動態を解明することにある。2022年度の主な成果は以下の通りである。本計画初年度である2022年度には、まず太陽風変動に対する昼側電離圏の応答について、MAVEN・Mars Express探査機の同時多点観測データの複合解析に着手した。具体的には、火星バウショック上流においてピックアッププロトンとのサイクロトロン共鳴により励起された上流「プロトンサイクロトロン」波動（以下、PCW）が下流に移流・伝搬し、誘導磁気圏界面に周期的に圧力パルスを印加することで火星電離圏に圧縮性磁気音波を駆動する現象に着目した。Mars Express/MARSISが火星電離圏で稼働しておりその場の磁場強度推定が可能であり、かつMAVENが上流太陽風でPCWを観測している期間を抽出し、両データを比較解析したところ、同一周波数の上流PCWと火星電離圏圧縮性磁気音波の二点同時観測に成功した。更に同様の事例を多数同定するアルゴリズムを開発し、長期の同時観測データに適用することで、上流PCWと火星電離圏圧縮性磁気音波の発生特性について統計調査を実施した。その結果、上流太陽風で発生したPCWは、数10%程度の確率で昼側電離圏で検出可能な圧縮性磁気音波を駆動すること、およびその検出確率は太陽風動圧などの上流パラーメータに依存することが明らかになった。