太陽風－電離圏－熱圏－外圏結合モデルを用いた火星からの酸素流出に関する研究

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本研究では、Direct Simulation Monte Carlo (DSMC)法を用いた火星上部熱圏―外圏フルパーティクルモデルを世界に先駆けて開発した。DSMC 法は実際の気体を支配する物理法則に従ったサンプル粒子を用いる粒子シミュレーションであり、Boltzmann 方程式の解法である。本研究では、この DSMC 法を熱的成分及び非熱的成分の両方に適用して、衝突が支配的な領域から無衝突へと遷移する領域である火星上部熱圏―外圏を解くフルパーティクルモデルを開発し、１次元モデルにより光化学反応過程による火星大気流出率の評価を行った。本モデルは、従来のモデルでは不可能であった流体的振る舞いから粒子的振る舞いへの移り変わりを議論することができる。１次元シミュレーションの結果では、熱的散逸が起こる軽い分子と、熱的散逸の起こらない重い分子では高度 170 km 付近で性質が異なってくることが分かった。また、計算結果を Viking 1 号の観測や従来のモデルの計算結果と比較し、モデルの妥当性を確認した。これらの結果をまとめた学術論文を投稿中である。さらに、本モデルを２次元に拡張し、フランス国立科学研究センター大気環境宇宙観測研究所（LATMOS）の Francois Leblanc 博士及び Ronan Modolo 博士、及び Jean-Yves Chaufray 博士と、スパッタリングによる火星大気流出に関する共同研究を行った。火星の上部熱圏には、太陽風電場によって加速された高エネルギーの酸素イオンが振り込んでおり、中性大気をたたき出している（スパッタリング）。Modolo博士が計算した酸素イオンの入射フラックスをもとにスパッタリングによる火星大気流出率の評価を行った。その結果、降込み酸素イオンによってterminator 付近では局所的に大気が膨張している可能性があることが分かった。