電離圏プラズマ対流および磁気圏電場の定量的モデルと宇宙天気予報への応用

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極域電離圏に生起するプラズマ対流は、惑星間空間磁場の向きや大きさに応じてその様相をダイナミックに変化させる。最もダイナミックな対流は、惑星間空間磁場が主として南向きになった時に生じるサブストーム中に見られる。本研究では、このサブストーム時の対流パタンに対して、過去に例のない精度の現実的な定量的モデルを構築した。モデリングに成功した主たる理由は、サブストームの時間発展を表すALインデックスの盛衰を使って、モデリングの基礎となる衛星データを5つの時間発展のフェーズに分類する手法を導入したことである。これにより、(1)対流の強さを表す電気ポテンシャルの大きさの時間発展(2)真夜中後の極大ポテンシャル領域が真夜中前に侵入・後退する形でのハラング不連続領域の盛衰(3)真夜中前の極小ポテンシャル領域の極向き拡大とその後の低緯度側への後退(4)それに引き続く、極小ポテンシャル領域とサブオーロラ帯ポテンシャル領域との合体、などがモデリングにおいて再現できた。これらに関するポテンシャルのピークの大きさと緯度については、サブストームを引き起こす惑星間空間磁場の南成分の大きさに依存してサブストーム毎に異なる量としてモデリングに取り込めた。これにより宇宙天気予報への応用の見通しを得た。本研究では、さらに、サブストーム時の磁気圏尾部の特性もGeotail衛星データ解析をもとに明らかにした。サブストームに伴って、磁気圏近尾部の真夜中前の領域においてプラズマシートが極度に薄層化し、それが朝夕方向に広がり成長する。この特徴は、さらに詳細に調べられるべきものではあるが、磁力線を介して結合していると考えられる電離圏のハラング不連続領域の成長とある種の対応を示していることがわかった。