2022-10-14
セミナー

PPARCセミナー (2022/10/14)

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PPARCセミナー 2022/10/14

発表者: 安福友梨 (M2)
タイトル: Ducted propagation of whistler mode chorus waves observed by the Arase satellite near the plasmapause at high latitudes
Arase衛星を用いた高緯度・プラズマポーズ近傍におけるホイッスラーモードコーラスのダクト伝搬の事例解析
アブスト: Ducting theory, or propagation of whistler mode chorus waves in a duct structure with the electron density enhancement/depression along magnetic field lines, has been suggested as a mechanism that allows the chorus to propagate without attenuation to high latitudes.Ground-based observations and simulation studies, including simultaneous observations of microbursts and pulsating auroras[Miyoshi et al. 2020, Kawamura et al. 2021], support the ducting theory.However, only a few observations of chorus propagating in duct structures have been reported [Chan et al. 2021, Haque et al. 2011, Moullard et al. 2002]. In this study, we report on chorus propagating in duct structures observed by the Arase satellite near the plasmapause at the geomagnetic latitude of >10 deg.

During the period from April to July in 2017 and 2018, we identified 23 cases of chorus propagating in the duct-like structure near the plasmapause with Arase.We estimated the wave normal angles (WNAs) using the Singular Value Decomposition (SVD) method [Santolik et al., 2003] with the assumption on the presence of a single plane wave. We obtained a theoretical relation between the wave frequency and the electron density which satisfies the Snell’s law and the dispersion relation with the quasi-longitudinal approximation using the WNAs. We compared the theoretical relation with the observed electron density and the chorus frequency range.

We interpreted each result based on ducting theory. Case (1) was consistent with the ducting theory for the 0＜f＜fc/2 propagating along the density enhancement with WNA of around 0 deg, Case (2) the ducting theory along the density depression with WNAs distributed between 0 deg and θ_G, Case (3) the ducting theory along the density depression with WNAs of around θ_G, and Case (4) the ducting theory for the fc/2＜f＜fc along the density depression with WNAs of around 0 deg.

We discuss the planarity of the observed chorus waves derived from the SVD method. The planarity close to 1 means that the wave can be regarded as a single plane wave. For Case (1), the planarity of the observed chorus was about 0.8. For Cases (2) and (3), the planarity of the observed chorus was about 0.3–0.6, similar value to the background noise floor. Therefore, the WNAs are not reliable. In the future, we plan to interpret these observations based on duct propagation theory and reproduce them using numerical calculations.

コーラスを高緯度まで減衰することなく伝搬させるメカニズムとして、磁力線に沿って電子密度が増加/減少したダクト構造内の伝搬、いわゆる「ダクト伝搬」の存在が指摘されてきた。マイクロバーストと脈動オーロラの同時観測例をはじめとする地上観測結果・シミュレーション研究からダクト伝搬の存在は有力視されている。しかし、ダクト構造内を伝搬するコーラスの観測例は数例にとどまり[Chan et al. 2021, Haque et al. 2011, Moullard et al. 2002]、コーラスの伝搬特性は明らかとなっていない。本研究では、磁気緯度10度以上の領域でArase衛星がとらえた、ダクト構造内を伝搬するとみられるコーラスの観測を複数例示す。

Arase衛星の遠地点が朝側に位置していた2017年4–7月及び2018年4–7月の観測データから、電子密度の増加/減少によるダクト構造とダクト内を伝搬するとみられるコーラスをプラズマポーズ近傍で24例同定した。各事例について、単一平面波近似の下、Singular Value Decomposition(SVD)法[Santolik et al., 2003]によりコーラスのwave normal angle (WNA)を導出した。さらに、背景磁場強度とWNAをスネルの法則と準縦方向近似した分散関係式に当てはめ、分散関係の解と観測したコーラスの周波数帯及びHFAが観測した電子密度と比較した。

その観測周波数帯及びWNAの特徴から観測事例を4つに分類した。これらをダクト伝搬理論に基づいて解釈すると、(1)は増加ダクトに沿ったWNAが0 deg付近となる0＜f＜fc/2を満たす帯域のコーラスのダクト伝搬、(2)は減少ダクトに沿ったWNAが0 deg–θ_G付近となる0＜f＜fc/2を満たす帯域のコーラスのダクト伝搬、(3)は減少ダクトに沿ったWNAがθ_G付近となる0＜f＜fc/2を満たす帯域のコーラスのダクト伝搬、(4)は減少ダクトに沿ったWNAが0 deg付近となるfc/2＜f＜fcを満たす帯域のコーラスのダクト伝搬と捉えて矛盾がないことが明らかになった。

さらに、平面波近似の妥当性を示す値である観測したコーラスのplanarityについて議論する。(1)、(4)のタイプではいずれのイベントもplanarityは0.8程度であった。伝搬角解析の結果の信頼性は高いと判断できる。一方、(2)、(3)のタイプのイベントでは、いずれのイベントもplanarityが0.3–0.6前後で背景ノイズのplanarityと同程度の値であった。今後この結果をダクト伝搬理論に基づいて解釈し、数値計算を用いて再現予定である。

発表者: 佐藤晋之祐 (M1)
タイトル: A Test Particle Simulation for the Jovian Magnetospheric Electrons Precipitating into Europa’s Oxygen Atmosphere
アブスト: 木星の氷衛星エウロパはハビタビリティが議論されるなど、科学的に大きく注目されている天体である。エウロパは希薄な酸素大気をもち、そこでは木星磁気圏から降り込む電子が酸素分子に衝突・励起することで、紫外線135.6nmの酸素発光が生じている。Roth et al. (2016) はハッブル宇宙望遠鏡を用いてエウロパにおける135.6nm発光の長期観測を行なった。それによると、エウロパのSystem III経度に応じて発光分布が南北間で非対称な形状になることが報告された。この非対称性を生み出すプロセスについては、過去にRetherford et al. (2003)によって定性的に議論されたのみで、定量的な評価はなされてこなかった。そこで我々は、テスト粒子シミュレーションを用いて、エウロパに降り込む電子のフラックスを計算し、そのマッピングを行なっている。さらに、電子によって駆動される酸素発光についてもマッピングし、発光強度の分布を再現することに取り組んでいる。本セミナーでは、これまでに開発した電子降り込みフラックスの導出方法ならびにその結果について報告する。さらに、新たに開発した135.6nmの体積放射率および発光強度シミュレーションの手法について紹介し、現状結果について報告、議論を行う。