An observational and numerical simulation study of plasma instability related with substorm injections and ULF wave excitation

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本年度では、地球の内部磁気圏における1-100 keVのエネルギーを持つイオンで構成されたリングカレントのドリフト運動論的グローバル数値シミュレーションを行い、超低周波（Ultra-Low Frequency, ULF）波動の励起機構の解明を試みた。2013年10月29日にRBSPs衛星で観測されたULF波動に着目し、LANL衛星・Iridum衛星の観測データに基づいて、磁気圏・電離圏におけるシミュレーション境界条件の設定を行った。リングカレントのモデルとしては、Maxwell方程式と5次元のイオン分布関数のVlasov方程式を連立させて解くドリフト運動論的グローバルモデルを使用した。はじめに、Iririum衛星の2次元電流密度分布を空間的にフィッティングした10分値データを電離圏境界条件として与えたところ、ほぼ全期間を通して10分間隔のバースト状の擾乱が発生していること分かった。シミュレーション時間にして7,200秒後に、~7 mHzで一定の振動数を持つcompressional変動が見られた。この変動は大きな波数を持っていたため、リングカレントイオンによって励起されたULF波動の可能性がある。この変動が発生していた時間帯は、衛星でULF波動が観測された時間帯とほぼ一致している。一方で、衛星観測ではpoloidal方向の磁場変動が観測されているものの、平行方向の振動はほとんど観測されておらず、磁場変動が卓越する極性が異なる結果が得られた。この結果は、プラズマ密度やプラズマ圧などのシミュレーション設定と現実の値との違いに起因している可能性があり、波動の励起に寄与する要因を同定することにつながると考えられる。