研究紹介
宇宙地球電磁気学 電磁気学で観る太陽地球系 -宇宙天気から地震まで-
教員 | 教 授 | 吉川 顕正 |
准教授 | 河野 英昭 |
今日、人類の宇宙空間利用は着実に進められてきており、私たちの生活に身近なものとなりつつあります。例えば、地球近傍の宇宙空間(宙空領域)における様々な人工衛星の運用は通信・情報化社会における基盤的な役割を担っています。同時にこの領域は太陽活動によって磁気嵐が発生し、高エネルギー粒子による放射線帯が形成される領域であり、宇宙機や生体にとって非常に過酷な環境です。このような宙空環境の変化(宇宙天気)を的確に把握、さらには予測・予報することは多くの研究者にとっての関心事であり、また社会からも大いに期待されていることです。
宇宙天気現象の多くは惑星規模の空間スケールで生じる電磁気学的現象です。それらを正しく捉え、理解すべく当研究分野では"観測・解析・理論"に基づく総合的な視点から研究を行っています。具体的には以下のような現象について研究を行っています。

オーロラ嵐
オーロラ嵐とは夜側の高緯度帯においてオーロラが急激に輝きだす現象です。この現象は、夜側地球磁気圏尾部に蓄えられた太陽風起源のプラズマ粒子が、何らかの理由で突然解放され、極域の高層大気における酸素・窒素の原子・分子と衝突することにより生じる発光です。しかしながら、何が最終的な引き金(トリガー)となってオーロラ嵐が始まるのか、その発生機構については長年の研究にも関わらずほとんどわかっていません。そのため、オーロラ嵐の発生メカニズム解明は"磁気圏物理最大の問題"とされています。私たちはオーロラ嵐開始時に汎世界的に観測される磁気波動現象(Pi2型地磁気脈動)の生成・伝搬特性を調べ、オーロラ嵐の監視・原因解明に取り組んでいます。

図3. Pi2型地磁気脈動(CPMN:九大)
プラズマ圏診断
電磁流体力学の知識を応用することで、地球近傍の宇宙空間(プラズマ圏;図4)におけるプラズマ密度を地上から推定する研究を行っています。地上からの地磁気観測により得られたデータと人工衛星で宇宙空間から観測されたデータを組み合わせることで、より精度の高いリモート観測手法の確立を目指しています。このような研究を発展させることは宇宙空間におけるプラズマ環境の監視やその変動を支配している物理解明に大いに役立ちます。

大規模電離圏電流系
地上約100kmの高層大気(電離圏)では、中性大気の循環運動とプラズマの運動が相互に作用し、大規模な電流系(Sq電流系と赤道ジェット電流)が生成されます(図5)。従って電離圏電流の研究は様々な宇宙天気現象と密接に関係しているばかりではなく、高層大気運動の問題としても重要です。最近の研究では、下層大気(対流圏や成層圏)で生じた大気波動が高層大気(電離圏)におけるプラズマの分布を決める重要な要因であるということがいわれています。研究室では大規模電離圏電流系に見られる上層からの影響(太陽からの光エネルギー及び電磁エネルギー侵入過程)と下層からの影響を正しく評価し、高層大気の長期的気候変動を調べる研究を行っています。

地震電磁気学現象
近年、地震に伴った前兆現象として、電磁気学的現象が数多く報告されています。たとえば、地磁気・地電位差変動、震源域上空の電離圏変動による電波の伝播異常などの現象が確認されています。そのなかでもULF波動の異常変動については、比較的信頼のある結果が得られており"地震予知"の観点から大変注目を集めています。地上で観測されるULF波動は太陽風を起源とし、その伝播過程において磁気圏・電離圏・地圏の影響を受けます。そこで、地震前後で観測されたULF波動を地球内部起源の成分と太陽起源の成分とに正しく分離し、それが実際に地震と関係しているかどうかを調べる解析研究を行っています。

震源付近と離れた観測所2点(RIKとMSR)でのULF波動振幅比
卒業生の研究テーマ例(過去10年)
過去学位論文
- 磁気圏-電離圏結合系において生じる電離圏上空のプラズマcavity領域の形成過程の考察~オーロラ加速領域形成過程解明に向けて~
- Disruption Process of Accumulated Northward InterplanetaryMagnetic Fields Ahead of the Dayside Magnetosphere
- MAGDASデータベースを用いた磁場データ解析システムの構築
- 太陽-地球方向を向いた惑星間空間磁場に対する地球磁気圏の応答研究
- 高緯度帯でのAlfvén波を介したM-I結合系の記述;分極、誘導効果、伝導度発展による複合効果の探査
- IGRFモデルおよび準3次元静電ポテンシャルソルバーを用いたM-I結合系におけるEEJの構造解析
- 電離圏分極型PBIに伴う電子加速機構を再現する3次元電子流体加速シミュレータの開発
- 磁気赤道域における特異的な太陽フレア効果(SFE*)の発生要因の探究
- 大気波動によるSq-EEJ電流系の準6日振動現象の解明
- THEMIS全天カメラ・地上磁場データによるPBI電離層モデルの検証
- 磁場・電場複合観測に基づくサブストーム電離圏全球応答の精査
- オプティカルフロー解析の応用によるオーロラ動態の解明
- 磁気圏多点衛星観測時代に向けたデータ解析手法の開発
- Pc2脈動の全球的分布特性の解明
- QZSとMAGDASで観測された磁気圏-電離圏結合電流系の大規模統計解析
- サブストームオンセット後に励起されるPc4地磁気脈動とオーロラストリーマーの動態解明について
- プラズマバブルの発生と赤道ジェット電流、カウンタージェット電流の関係性について
- 磁気擾乱時における中低緯度領域電磁誘導応答の研究
- FLRの自動同定とそれを用いた磁気嵐中の磁気圏プラズマ密度の解析
- みちびき衛星(QZS)初号機とMAGDASによる磁気圏-電離圏結合電流の解析
- 太陽フレアに伴う低緯度地磁気異常の地方時発生特性
- MSTIDに伴う地上磁場変動の詳細解析
- 電離層分極性沿磁力線電流系励起によるオーロラ増光現象のモデルの構築
- サブストームに伴う尾部磁気圏境界面の変形
- オーロラストリーマの移動に伴う電離圏特性の変動
- 熱圏の総質量2-3年周期変動とENSOの相関性
- 磁気圏サブストームに伴う2-null, 2-separatorトポロジーの崩壊
- 中低緯度における熱圏風の季節変動と地磁気活動依存性
- 準天頂衛星QZSとMAGDASによる同一沿磁力線電流観測の事例・統計解析
- 地球磁気圏の基底状態 ― 昼側separator reconnectionの消滅 ―
- 磁気赤道電磁場構造から推測されるDP2電流系
- QSAT-EOSの開発:低高度磁場擾乱の解析に向けた残留磁気試験
- CHAMP衛星の磁場データを用いた中低緯度電離層電流の推定
- 改良一点法を用いた磁気圏内のプラズマ質量密度診断について
- QZSとMAGDAS観測点による沿磁力線電流の同時観測
- 低緯度Pi2型地磁気脈動の内側磁気圏内伝播
- 数値実験による電離圏ハラング不連続性の再現
- 昼側Region2沿磁力線電流系の起源
- 久住誘導磁力計による地震起源ELF帯磁場変動異常の探索
- MAGDAS meridian chainとETS VIIIで観測された夜側Pc4地磁気脈動について
- 赤道ジェット電流の変動と太陽風パラメータの相関解析
- 久住誘導磁力計の長期観測による低緯度IPDPの発見
- サブストーム中磁気圏磁場東西成分変動現象のMAGDASとETS-VIIIによる同時観測
- MAGDASCPMN の単一観測点磁場データによる磁力線共鳴振動周波数の同定
- 磁気嵐発生時における磁場擾乱成分の分離法
- MAGDAS/CPMNで観測した赤道ジェット電流中の月潮汐効果
- MAGDAS/CPMN の単一観測点磁場データによる磁力線共鳴振動周波数の同定
- IMF北向き時における太陽風粒子の磁気圏への侵入経路―テスト粒子シミュレーションの結果
- 夜側DP-2型磁場変動の発生特性
- CPMN観測に基づく赤道ジェット電流の長期変動特性
- 赤道ジェット電流強度の太陽風中電場依存性(リアルタイムEE-index初期成果)
- 昼側・夜側DP2の発生及び変動特性について
- Global simulation of the Heliosphere from the sun to near the Earth's orbit
- CPMN地上磁力計とCluster衛星による同一磁力線上のプラズマ密度同時観測
- MAGDASによる内部磁気圏プラズマ診断
- 地上磁場観測を用いた沿磁力線電流モニタリング
- 磁気嵐期間中のサブストーム変動に伴う赤道磁場異常増加
- 太陽風準周期変動に対する地球磁気圏応答時間の統計解析研究
- 太陽風擾乱の磁気赤道域までの伝播メカニズムに関する解析的研究