Study on oxygen ion energization in the near-Earth magnetotail using multi-spacecraft observations and particle tracing simulation

利用多航天器观测和粒子追踪模拟研究近地磁尾氧离子赋能

基本信息

批准号：
20H01957
负责人：
桂華邦裕
金额：
$ 7.32万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

爆発的な宇宙嵐が発生すると、地球大気から流出した酸素イオンがエネルギーを得て(加速や加熱を受けて)、磁気圏全体のダイナミクスに大きく影響を与える。このプロセスには、大規模な磁気圏磁場構造の変化(磁場双極子化)が重要な役割を担っていると考えられているが、酸素のような重い粒子の描像は未解明な点が多い。本研究では、磁気圏尾部を中心に飛翔する複数衛星のデータ解析とグローバル磁気流体モデル内での粒子追跡計算を組み合わせることで、「磁場双極子化に伴う酸素イオンの選択的な高圧化」のメカニズムを明らかにする。また、主要イオン種である水素イオンと酸素イオンに加えて、異なる質量や電荷を持つイオンの振る舞いにも着目することで、「内部磁気圏酸素圧の増強に影響を与える磁場双極子化の時間空間スケールの定量的評価」にチャレンジする。本年度は、あらせ衛星で得られたデータを用いて、内部磁気圏のうち磁気圏尾部に近い領域において、異なる5つの粒子種（H+, He++, He+, O++, O+）についてエネルギースペクトルの時間変動を複数の磁気嵐について調査した。電荷が同じで質量が異なるイオン種を比較すると、より重いイオンが多くのエネルギーを得ていることが明らかになった。質量が同じで電荷が異なるイオン種を比較すると、より電荷が小さいイオンが多くのエネルギーを得ていることが明らかになった。また、この粒子種選択的エネルギー増加（高圧化）が非熱的イオンの生成ではなくイオン温度増加に起因することが示された。この高圧化現象は磁場双極子化に伴って発生することが考えられ、重イオンが非断熱加速を受けながら効率的に捕捉される輸送システムが存在していることを示唆している。本成果は、国際学会誌 Journal of Geophysical Research Space Physicsに出版された。

当发生爆炸性空间风暴时，从地球大气中流出的氧离子会获得能量（加速和加热），并对整个磁层的动力学产生重大影响。尽管认为磁层磁场结构（磁场偶极化）的大规模变化在此过程中起着重要作用，但在诸如氧气之类的重颗粒的图像中，许多不清楚的点尚不清楚。这项研究揭示了通过将围绕磁场围绕磁场的多个卫星的数据分析与全球磁性流体模型中的粒子跟踪计算相结合，“选择性地增加磁场偶极子引起的氧气压力”的机制。除了主要的离子物种氢离子和氧离子外，我们还将面临“对磁场偶极化的时间空间尺度进行定量评估，这会影响内部磁层氧气压力的增强”，通过关注不同质量和电荷的离子行为。今年，使用从URE卫星获得的数据，我们研究了近乎磁层的内部磁层区域中五种不同粒子物种（H+，He+，O ++，O+）的能量光谱的时间变化，用于多个磁性风暴。比较具有相同电荷和不同质量的离子物种表明较重的离子获得了更多的能量。比较具有相同质量和不同电荷的离子物种表明，较小的电荷产生了更多的能量。还已经表明，颗粒物种选择性能量的增加（较高的压力）是由于离子温度的升高而不是形成非热离子。人们认为，这种高压发育的现象被认为是磁场偶极子发生的，这表明有一个运输系统，其中重离子在经历非耐绝化加速度的同时有效地捕获了重离子。这一发现发表在《地球物理研究太空物理学杂志》上，《国际学术杂志》。

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

On Plasma Transport and Energization in the Magnetospheres of Magnetized Planets

关于磁化行星磁层中的等离子体传输和能量化

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Noguchi Takaaki;Matsumoto Rikako;Yabuta Hikaru;Kobayashi Hanae;Miyake Akira;Naraoka Hiroshi;Okazaki Ryuji;Imae Naoya;Yamaguchi Akira;Kilcoyne A. L. David;Takeichi Yasuo;Takahashi Yoshio;平岩広羽，押谷優太，福澤健二，東直輝，伊藤伸太郎，張賀東;桂華邦裕
通讯作者：
桂華邦裕

Plasma and Field Observations in the Magnetospheric Source Region of a Stable Auroral Red (SAR) Arc by the Arase Satellite on 28 March 2017

DOI：
10.1029/2020ja028068
发表时间：
2020-09
期刊：
Journal of Geophysical Research: Space Physics
影响因子：
0
作者：
Y. Inaba;K. Shiokawa;S. Oyama;Y. Otsuka;A. Oksanen;A. Shinbori;A. Gololobov;Y. Miyoshi;Y. Kazama;Shiang‐Yu Wang;S. Tam;T. Chang;Bo‐Jhou Wang;S. Yokota;S. Kasahara;K. Keika;T. Hori;A. Matsuoka;Y. Kasahara;A. Kumamoto;Y. Kasaba;F. Tsuchiya;M. Shoji;I. Shinohara;C. Stolle
通讯作者：
Y. Inaba;K. Shiokawa;S. Oyama;Y. Otsuka;A. Oksanen;A. Shinbori;A. Gololobov;Y. Miyoshi;Y. Kazama;Shiang‐Yu Wang;S. Tam;T. Chang;Bo‐Jhou Wang;S. Yokota;S. Kasahara;K. Keika;T. Hori;A. Matsuoka;Y. Kasahara;A. Kumamoto;Y. Kasaba;F. Tsuchiya;M. Shoji;I. Shinohara;C. Stolle

Observations of mass- and charge-dependent ion energization in the near-Earth magnetotail

近地磁尾中质量和电荷相关离子供能的观测

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
田中智;長野方星;八木貴志;猪裕太;辻健;佐藤雅彦;黒澤耕介;長足友哉;中嶋大輔;石崎拓也;河原岳尊;坂谷尚哉;遠藤理恵;山下雄一郎;西剛史;太田弘通;菅沼友仁;…土`山明;他;桂華邦裕
通讯作者：
桂華邦裕

Observational study on preferential energization of low-charge-state heavy ions in the near-Earth magnetotail

近地磁尾低电荷态重离子择优赋能观测研究

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Toshihiro Abe;Obvious Katsaura;菅原康弘;桂華邦裕
通讯作者：
桂華邦裕

Evening Side EMIC Waves and Related Proton Precipitation Induced by a Substorm

DOI：
10.1029/2020ja029091
发表时间：
2021-06
期刊：
Journal of Geophysical Research: Space Physics
影响因子：
0
作者：
A. Yahnin;T. Popova;A. Demekhov;A. Lubchich;A. Matsuoka;K. Asamura;Y. Miyoshi;S. Yokota;S. Kasahara;K. Keika;T. Hori;F. Tsuchiya;A. Kumamoto;Y. Kasahara;M. Shoji;Y. Kasaba;S. Nakamura;I. Shinohara;H. Kim;S. Noh;T. Raita
通讯作者：
A. Yahnin;T. Popova;A. Demekhov;A. Lubchich;A. Matsuoka;K. Asamura;Y. Miyoshi;S. Yokota;S. Kasahara;K. Keika;T. Hori;F. Tsuchiya;A. Kumamoto;Y. Kasahara;M. Shoji;Y. Kasaba;S. Nakamura;I. Shinohara;H. Kim;S. Noh;T. Raita