Evaluation of the formation mechanism of planetary radiation belts by direct measurement of particle acceleration processes

直接测量粒子加速过程评估行星辐射带形成机制

• 批准号: 18H03727
• 负责人: 加藤 雄人
• 金额: $ 28.12万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H03727/
• 关键词: 宇宙プラズマ・プラズマ波動; 地球惑星磁気圏; 太陽地球システム・宇宙天気; オーロラ・磁気嵐

本研究は、磁化天体に普遍的な高エネルギー粒子加速機構を解明することを最終目的として、宇宙空間で生じる電磁波と粒子との間のエネルギー交換過程について究明した。目的を達成するために本研究では、【１】あらせ衛星を中心とした地球磁気圏・放射線帯領域での衛星観測データを用いた解析研究、【２】大規模計算機実験による惑星電磁圏での波動・粒子間の共鳴過程の究明、【３】WPIA機上ソフトウェアの最適化とWPIA手法の確立、をそれぞれ実施した。2021年度は課題【１】に関して、MMS衛星による観測結果にWPIAを適用して、高エネルギープロトンと電磁イオンサイクロトロン波動とのエネルギー交換量の評価が可能であることを示した。また、低高度衛星による降下電子の観測結果にみられるエネルギー分散が、磁気圏におけるコーラス放射によるピッチ角散乱過程を考慮することにより矛盾なく説明できることを示した。課題【２】に関して、Van Allen Probes衛星により観測されたコーラス放射微細構造のデータベースと、計算機シミュレーションにより再現されたコーラス放射の微細構造とを比較して、シミュレーション結果が観測結果をよく再現していることを明らかとした。課題【３】に関して、本研究で構築した位相の連続性を保証する波形較正手法ならびに電場3成分目の推定方法についてそれぞれアルゴリズムに取り入れ、あらせ衛星によるWPIAに用いる解析手法として確立した。以上の成果は6編の学術論文ならびに招待講演7件を含む30件の国内外での学会・研究会での発表として公表した。

该研究研究了空间中电磁波与粒子之间的能量交换过程，最终目标是阐明磁化天体中普遍存在的高能粒子加速机制。为了实现这些目标，本研究将：（1）利用以Arase卫星为中心的地球磁层和辐射带区域的卫星观测数据进行分析研究；（2）通过大规模的行星电磁场研究；我们研究了波与粒子之间的共振过程，并[3]优化了WPIA机载软件并建立了WPIA方法。关于2021财年的主题[1]，我们将WPIA应用于MMS卫星的观测结果，结果表明可以评估高能质子和电磁离子回旋波之间的能量交换量。我们还表明，通过考虑磁层中合唱辐射引起的俯仰角散射过程，可以一致地解释低空卫星对下落电子的观测中看到的能量色散。针对问题[2]，我们将Van Allen Probes卫星观测到的合唱辐射精细结构数据库与计算机模拟再现的合唱辐射精细结构数据库进行了比较，发现模拟结果很好地再现了观测结果。明确表示。针对问题[3]，将本研究开发的保证相位连续性的波形校准方法和第三电场分量的估计方法纳入算法中，并建立为Arase卫星WPIA使用的分析方法。上述成果在国内外30次学术会议和研究会议上发表报告，其中学术论文6篇，特邀报告7篇。

项目成果

Temporal and Spatial Correspondence of Pc1/EMIC Waves and Relativistic Electron Precipitations Observed With Ground-Based Multi-Instruments on 27 March 2017

2017年3月27日地基多仪器观测到的Pc1/EMIC波与相对论性电子降水的时空对应关系

• DOI: 10.1029/2018gl080126
• 发表时间: 2018
• 期刊: Geophysical Research Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Hirai A.;Tsuchiya F.;Obara T.;Kasaba Y.;Katoh Y.;Misawa H.;Shiokawa K.;Miyoshi Y.;Kurita S.;Matsuda S.;Connors M.;Nagatsuma T.;Sakaguchi K.;Kasahara Y.;Kumamoto A.;Matsuoka A.;Shoji M.;Shinohara I.;Albert J. M.
• 通讯作者: Albert J. M.

Acceleration of Ions in Jovian Plasmoids: Does Turbulence Play a Role?

木星等离子体团中离子的加速：湍流起作用吗？

• DOI: 10.1029/2019ja026553
• 发表时间: 2019
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Kronberg E. A.;Grigorenko E. E.;Malykhin A.;Kozak L.;Petrenko B.;Vogt M. F.;Roussos E.;Kollmann P.;Jackman C. M.;Kasahara S.;Malova Kh. V.;Tao C.;Radioti A.;Masters A.
• 通讯作者: Masters A.

Anomalous Trapping of Low Pitch Angle Electrons by Coherent Whistler Mode Waves

• DOI: 10.1029/2019ja026493
• 发表时间: 2018-12
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: M. Kitahara;Y. Katoh

UCLA(米国)

加州大学洛杉矶分校（美国）

Simulation study of the dependence of the whistler-mode chorus generation on properties of energetic electrons in the Earth's inner magnetosphere

哨声模式合唱产生对地球内磁层高能电子特性依赖性的模拟研究

• 发表时间: 2018
• 作者: 松下優貴;金子邦彦;加藤雄人他
• 通讯作者: 加藤雄人他