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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01957/
• 关键词: 地球大気起源酸素イオン; イオン輸送、加速、加熱; 磁場双極子化; 磁気圏尾部ダイナミクス; 内部磁気圏リングカレント; 内部磁気圏; リングカレント

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。

当爆发性太空风暴发生时，从地球大气层泄漏的氧离子获得能量（加速和热量），极大地影响整个磁层的动力学。磁层磁场结构的大规模变化（磁场偶极化）被认为在这一过程中发挥着重要作用，但氧气等重粒子的情况仍然很大程度上未知。在这项研究中，我们将通过结合绕磁尾飞行的多颗卫星的数据分析和全球磁流体动力学模型中的粒子跟踪计算，研究“磁场偶极子导致的选择性高压”的机制。除了主要离子种类氢离子和氧离子外，我们还关注了不同质量和电荷的离子的行为，发现“影响内部磁层氧压力增强的磁场偶极子的时间和空间” ”我们将接受“量表的定量评估”的挑战。今年，我们将利用 Arase 卫星获得的数据来研究磁尾附近内磁层区域中五种不同粒子类型（H+、He++、He+、O++、O+）能谱的多次波动。风暴。比较具有相同电荷但不同质量的离子种类表明，较重的离子获得更多的能量。比较具有相同质量但不同电荷的离子种类，很明显，电荷较小的离子获得更多能量。研究还表明，这种粒子种类选择性能量增加（更高的压力）是由离子温度增加而不是非热离子生成引起的。这种高压现象被认为是磁场偶极化的结果，表明存在一种传输系统，其中重离子在经历非绝热加速时被有效捕获。该成果发表在国际学术期刊《地球物理研究空间物理学杂志》上。

项目成果

Contribution of Electron Pressure to Ring Current and Ground Magnetic Depression Using RAM‐SCB Simulations and Arase Observations During 7?8 November 2017 Magnetic Storm

使用 RAM-SCB 模拟和 2017 年 11 月 8 日磁暴期间的 Arase 观测，电子压力对环流和地磁抑制的贡献

• DOI: 10.1029/2021ja029109
• 发表时间: 2021
• 作者: Kumar S.;Miyoshi Y.;Jordanova V. K.;Engel M.;Asamura K.;Yokota S.;Kasahara S.;Kazama Y.;Wang S.‐Y.;Mitani T.;Keika K.;Hori T.;Jun C.;Shinohara I.
• 通讯作者: Shinohara I.

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

• 发表时间: 2020
• 作者: K. Keika; S. Kasahara; S. Yokota; M. Hoshino; K. Seki; T. Amano; L. M. Kistler; M. Nose'; Y. Miyoshi; T. Hori; I. Shinohara; A. Matsuoka; M. Teramoto;Y. Ebihara
• 通讯作者: Y. Ebihara

Sources, Transport, and Energization of Magnetospheric Plasma

磁层等离子体的来源、传输和供能

• 发表时间: 2021
• 作者: K. Keika

Magnetic Field and Energetic Particle Flux Oscillations and High‐Frequency Waves Deep in the Inner Magnetosphere During Substorm Dipolarization: ERG Observations

亚暴偶极化期间内磁层深处的磁场和高能粒子通量振荡以及高频波：ERG 观测

• DOI: 10.1029/2020ja029095
• 发表时间: 2021
• 作者: Miyashita Yukinaga;Chang Tzu‐Fang;Miyoshi Yoshizumi;Hori Tomoaki;Kadokura Akira;Kasahara Satoshi et al.
• 通讯作者: Kasahara Satoshi et al.

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

• 发表时间: 2020
• 作者: K. Keika; S. Kasahara; S. Yokota; M. Hoshino; K. Seki; T. Amano; L. M. Kistler; M. Nose'; Y. Miyoshi; T. Hori; I. Shinohara; A. Matsuoka; M. Teramoto;Y. Ebihara
• 通讯作者: Y. Ebihara