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Seminar

宇宙プラズマセミナー

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わたしたちは金曜日に宇宙プラズマセミナーをおこなっています。是非ご参加下さい。

太陽系科学研究系 宇宙プラズマセミナー

日時:毎週金曜日 16:00〜17:00

場所:A棟5階会議室 + Online

発表時間:45分/1人

2025年9月19日(金) 

氏名 式守 隆人  / Takahito Shikimori

自己紹介: M2

あらせ衛星観測による高周波EMICの統計解析

概要: HFEMIC波は、高周波で狭帯域(Δf ≲ 0.1fcp、f < fcp)の電磁イオンサイクロトロン(EMIC)波である。事例研究および統計研究(Teng et al., 2019; Asamura et al., 2021; Min & Ma, 2024)により、HFEMIC波は温度異方性(T⊥ > T∥)のある低エネルギー(≲100 eV)プロトンによって駆動される可能性が高いことが示されている。特に(Asamura et al., 2021)では、あらせ衛星によって取得されたHFEMIC波と低エネルギープロトンフラックス増加の同時観測データを解析し、波動・粒子相互作用解析手法を用いて、HFEMIC波と相互作用するプロトンが実際にエネルギーを失い、そのエネルギーが波の励起に使われていることを明らかにした。低エネルギーの温度異方性(T⊥ > T∥)のあるプロトンは内側磁気圏に広く存在することが報告されており(Wu et al., 2022)、HFEMIC波の自由エネルギー源であると考えられている。しかし、Van Allen Probesの観測データを用いた(Teng et al., 2019)の統計研究では、HFEMIC波の出現がMLTについては主に朝側から昼側に限られており、夜側では報告されていない。 このような背景のもと、本研究では、最終的にはHFEMICの励起プロセスがAsamura et al. (2021) で示されたようなものが一般的であるかどうかを確認するために、あらせ衛星データを用いてHFEMIC波イベントを新たに抽出し、再度統計研究を試みた。抽出には磁場に対する伝搬方向や偏波特性を考慮した。解析の結果、Van Allen Probesでは確認されなかった夜側領域においてもHFEMIC波の存在が明らかとなった。 本発表では、この発見を踏まえ、夜側領域にHFEMIC波の出現に関係する要因として、励起源としての低エネルギープロトンの温度異方性、背景電子密度、fpe/fcp 比、地磁気活動度の影響について議論する。また、あらせ衛星を用いたEMIC波の統計研究(Jun et al., 2023)とも比較を行い、HFEMIC波に関する理解をさらに深める。

2025年9月12日(金) 

氏名 小池  春人

自己紹介: 

京都大学大学院理学研究科地球惑星科学專攻地球物理学教室

太陽惑星系電磁気学講座 PD

高緯度磁気圏境界における電離圏起源O+イオンの加速

概要: カスプ領域は磁気圏への電離圏イオン供給の主要な源の一つである。カスプの電離圏高度で加熱されたイオンは、磁力線に沿って上昇し、磁気圏対流によって夜側へ輸送される。この過程で比較的エネルギーの高いイオンのみがカスプ高高度に到達し、その一部は開いた磁力線に沿って惑星間空間へ流出する。これまで、カスプから磁気圏外へ流出するイオンの流出率などの統計的な性質については多く調べられてきたが、そのようなイオンが磁気圏境界を通過する際のダイナミクスは十分に理解されていない。 本発表では、Cluster 衛星により観測された高緯度磁気圏境界付近でのO+イオンの加速イベントを報告する。本イベントでは、電離圏から上昇してきた約1 keVのO+イオンが、磁気圏境界通過時に20 keVを超えるエネルギーへと急激に加速されている様子が確認された。O+イオンのエネルギーと速度分布の解析から、この加速はローブリコネクションのアウトフロージェットとマグネトシースのプラズマ流によるピックアップの結果生じていることが明らかになった。これらの結果は、高緯度磁気圏境界における電離圏起源のO+イオンの非断熱的な加速機構の存在を示す新たな知見である。

2025年9月5日(金) 

氏名 山崎 敦

自己紹介: 

​太陽系科学研究系

紫外線観測を支えてきた技術

概要: これまで地球・惑星の超高層大気~電離圏・プラズマ圏の紫外線撮像観測を試みてきました。 紫外線撮像観測のサイエンス目的の変遷とそれをそれを支えてきた観測技術をまとめてみました。 紫外線観測の現在・過去・未来の継続的に発展してきた観測技術を紹介します。

2025年7月25日(金) 

氏名 内藤 由浩

自己紹介: 

総合研究大学院大学D2

Penetrating waves along spicules to the corona

概要: Alfvénic waves, observed as the transverse motion of spicules (jets extending along magnetic field lines) in the chromosphere, are among the most promising candidates for heating the solar corona and accelerating the solar wind in polar coronal holes.  Here, we conducted a statistical study of Alfvénic waves along spicules in polar coronal holes using Si IV spectra observed by the Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) to determine whether sufficient wave energy can penetrate into the corona, even considering wave reflection at the transition region. We developed a technique for wave detection, wave-mode identification, and energy flux estimation for each detected wave using the line-of-sight (LOS) velocity and intensity. 120 waves were detected, including 65 ascending Alfvénic waves, 43 descending Alfvénic waves, 6 ascending slow-mode waves, and 6 descending slow-mode waves. Taking into account the random orientation of transverse motions relative to the LOS direction, the average energy fluxes of ascending and descending Alfvénic waves were estimated to be 2.1 × 105 erg cm^−2 s^−1 and 1.1 × 105 erg cm^−2 s^−1, respectively. Assuming that a fraction of ascending Alfvénic waves are reflected at the transition region and then observed as descending Alfvénic waves, the energy flux penetrating into the corona is 1.0 × 105 erg cm^−2 s^−1. We also identified multiple velocity components in the observed spectra, suggesting that the energy flux may be underestimated by a factor of 4 to 9. This study presents the first observational estimates of the energy flux of Alfvénic waves that penetrate into the corona. Our results demonstrate that Alfvénic waves carry sufficient energy for the coronal heating and the solar wind acceleration, even considering the wave reflection at the transition region.

2025年7月18日(金) 

氏名 山崎 大輝

自己紹介: 

​太陽系科学研究系

太陽大気の3次元磁気流体平衡磁場外挿手法の開発

概要: 太陽大気中では、電離ガスが磁場と相互作用し多様な磁気流体現象が観測される。特に、太陽フレアとそれに伴うコロナ質量放出は惑星間空間の磁気的な環境に大きな影響を与える。これらの磁気流体現象を理解するためには、太陽大気中の3次元磁場構造を把握することが重要である。直接観測から3次元磁場を決定することは困難なため、これまでの研究では、観測可能な太陽表面の磁場を境界条件として、数値的に3次元磁場を外挿する手法が用いられてきた。しかし、これまでの手法は太陽大気中でのローレンツ力の釣り合いのみを仮定した力学平衡解によるモデリングであり、ガス圧の寄与が大きい弱磁場領域や低層大気中の磁場がよく再現されない課題があった。そこで、本研究では、磁気圧だけでなくガス圧の寄与も考慮した、3次元磁気流体平衡場外挿コードを開発した。実際にコロナ質量放出を伴う太陽フレアを発生させた黒点群の観測磁場を境界条件として適用し、3次元磁場を外挿した。外挿された3次元磁場について、これまでの手法と残差力の比較を行った結果、残差力が約4%低減され、より力学平衡に近い解を与えることを確認した。本発表では、得られた3次元磁場構造の比較とガス圧分布についても議論する。

2025年7月11日(金) 

氏名 小笠原桂一

自己紹介: 

​South West Research Institute, USA

Heliospheric current sheet observed by Solar Orbiter Heavy Ion Sensor / Interstellar Mapping and Acceleration Probe

概要: ソーラーオービターのカレントシート通過のイベント(0.3-1 AU)を、太陽風中の重イオンの観測を軸に紹介し、太陽近傍の活動領域との対応について議論します。後半時間があれば、今年9月に打ち上げ予定のIMAPミッションについて科学目標や観測機器などをレビューします。

2025年6月20日(金) 

氏名 吉田南

自己紹介: 

D3​

Evolution of the Solar Magnetic Field Connection to Interplanetary Space over the Solar Cycle

概要: 太陽から惑星間空間に向かって延びる開いた磁場 (オープンフラックス)は惑星間空間磁場(IMF)を形成している。太陽がどのようにIMFを作り出しているのかを理解することは、太陽から地球への影響を及ぼす現象の基盤や背景磁場として重要である。 しかし、太陽観測からモデルで外挿したIMFは、その場観測された実測値に対して太陽活動周期にわたって過小評価されており、その理解は不十分である (オープンフラックス問題; Linker+2017; Wallace+2019)。本研究では、オープンフラックス問題の原因を探るとともに、太陽周期にわたって、どのようにオープンフラックスが作られ、どう進化するのかを観測・モデル・シミュレーションを用いて理解する。 長期的な太陽サイクルの中で、太陽磁場からIMFへの定量的な寄与を理解するために、1995年から2024年までの衛星観測の太陽光球磁場データ (SOHO/MDI, SDO/HMI)、1963年以降のその場観測されたIMFデータ (OMNI dataset)の変動を比較した。また、太陽磁場からpotential field source surface (PFSS) modelを用いて、コロナ磁場やIMFを外挿し、球面調和関数の成分に分解することで、各成分の寄与を見積もった。また、黒点群由来のオープンフラックスの変動の理解のために、surface flux transport modelとPFSSモデルを用いて磁場拡散時のオープンフラックスの発展をシミュレーション解析した。 解析結果から、太陽磁場が作り出すIMFの特徴は、複数のフェーズに分けて議論できることがわかった。発表では、それぞれのフェーズでIMFの変動や、IMFを増減させる太陽磁場の特徴や関係を、解析結果とシミュレーション結果を踏まえて議論する。

2025年6月13日(金) 

氏名 田中 颯

自己紹介: 

人工衛星の軌道変動から探る太陽活動が地球超高層大気に与える影響

概要: 本研究では、LEO(低軌道)を周回するX線天文観測用CubeSat「NinjaSat」のGPSデータを用いて太陽活動と地球大気の変動との関係を調査した。2024年は非常に活発な太陽活動が観測された年であり、大規模なフレアやCME(コロナ質量放出)に伴って過去最大級の磁気嵐が発生し、地球の上層大気に大きな変動が生じた。本研究では、NinjaSatのGPSデータから得られる軌道高度の変化とNORADが提供するTLE(Two-Line Element)軌道予測データを比較する手法により大気の動的影響を抽出した。この手法により、高時間分解能での太陽活動と大気変動の解析が可能となった。 解析の結果、軌道高度の変化は太陽EUV(極端紫外線)放射の変動に対して時間遅れを持って応答していることが明らかになった。また、EUVの影響を取り除いた軌道高度変動のデータを用いて、2024年5月および10月に発生した大規模なフレア・CMEに起因する磁気嵐による大気密度変動を解析した。その結果、Polar Cap指数・Dst指数と軌道高度変動の間に高い相関関係があることが明らかになった。これはオーロラ電流によるジュール加熱の寄与を示している。

2025年5月23日(金) 

氏名 荻野 晃平

自己紹介: 

京都大学大学院理学研究科地球惑星科学專攻地球物理学教室

太陽惑星系電磁気学講座 D1

JpGU2025 発表練習

かぐや低高度観測データを用いた太陽風月地殻磁場相互作用の研究

概要: 月には全球的な磁場が無い一方、局所的に月面に分布する月地殻磁場領域が太陽風プラズマと相互作用することで、様々な電磁現象が発生している。太陽風と月地殻磁場の相互作用は、全球的磁場、および厚い大気を持たない月の一見単純に思える電磁環境を複雑にしているため、その物理過程の解明は月科学における重要課題である。しかし、月地殻磁場の高度方向の空間スケールは約50 km以下と、典型的な月周回衛星の高度と比べて小さいため、太陽風と月地殻磁場が直接相互作用する領域の探査が困難であり、そこでの物理過程の詳細は未解明であった。 本発表では、Saito et al. (2012)を発展させ、かぐや衛星の低高度観測データを包括的に解析することで明らかになった、太陽風月地殻磁場相互作用領域での太陽風イオンの非断熱反射、1-10 Hz ホイッスラーモード波動、1-10 kHz 広帯域静電ノイズの物理特性について発表する(Ogino et al., 2024)。さらに、近年、地球磁気圏においてMMS衛星によって発見されたelectron-only磁気リコネクションが、月地殻磁場領域でも起こっている可能性(Sawyer et al., 2023; Stanier et al., 2024)に着目した初期的な解析結果について紹介する。

2025年5月23日(金) 

氏名 式守 隆人

自己紹介: 

​M2

JpGU2025 発表練習

Arase衛星観測によるHFEMIC波の空間分布と駆動条件の統計的解析

概要: HFEMIC波は、高周波で狭帯域(Δf ≲ 0.1fcp、f < fcp)の電磁イオンサイクロトロン(EMIC)波であり、比較的新しいタイプのEMIC波である。事例研究および統計研究(Teng et al., 2019; Asamura et al., 2021; Min & Ma, 2024)により、HFEMIC波は非常に異方的な低エネルギー(≲数100 eV)プロトンによって駆動される可能性が高いことが示されている。特に(Asamura et al., 2021)では、Arase衛星によって取得されたHFEMIC波と低エネルギープロトンフラックス増加の同時観測データを解析し、波動・粒子相互作用解析手法を用いて、HFEMIC波と相互作用するプロトンが実際にエネルギーを失い、そのエネルギーが波の励起に使われていることを明らかにした。 低エネルギーの異方的なプロトンは内側磁気圏に広く存在することが報告されており(Wu et al., 2022)、HFEMIC波の自由エネルギー源であると考えられている。しかし、Van Allen Probesの観測データを用いた(Teng et al., 2019)の統計研究では、HFEMIC波の出現領域が朝側から夕側に限られており、観測可能な空間的範囲に制限があった。HFEMIC波のイベント数自体も少なく、同ミッションのデータではその全体像を把握するには不十分である。 このような背景のもと、本研究では、Arase衛星の観測データを用いて新たにHFEMIC波を抽出し、再度統計研究を試みた。その結果、Van Allen Probesでは観測されなかった領域においてもHFEMIC波の存在が確認された。 この発見を踏まえ、HFEMIC波の出現に関係する要因として、励起源として低エネルギープロトンの温度異方性、衛星軌道の違い、地磁気活動度の影響などを議論する。また、Arase衛星を用いたEMIC波の統計研究(Jun et al., 2023)とも比較を行い、HFEMIC波に関する理解をさらに深める。

2025年5月23日(金) 

氏名 岩谷隆光

自己紹介: 

D3

​JpGU2025 発表練習

Development of an ultra-small gas chromatograph – mass spectrometer with a jet separator for future planetary exploration

概要: Organic molecules are the primary analytical targets for understanding prebiotic chemistry and searching for traces of past or present life in the solar system. Although mass spectrometry (MS) is widely used for in situ analysis in planetary exploration, there are limitations in separating organic molecules with various structural isomers based on mass number information alone. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), which separates each molecular species by gas chromatography (GC), is a powerful option for analytical instruments for organic molecules. For example, the GC-MS on NASA's Curiosity detected several ng of organic molecules in a Martian soil sample. In contrast, we are developing a prototype GC-MS for future planetary exploration. Since the GC-MS for planetary exploration cannot be equipped with a large vacuum pump like a terrestrial GC-MS, it is essential that the majority of the gas introduced from the GC be exhausted at the GC-MS interface. In this study, we developed a jet separator (JS) as a GC-MS interface, in which carrier gas is supersonically atomized from the GC outlet and introduced into the MS inlet located on the opposite side, and evaluate its performance. In addition, we integrated a GC-MS system using the prototype JS and successfully analyzed organic reference materials with nanogram-order sensitivity.

2025年5月16日(金) 

氏名 小川琢郎

自己紹介: 

​D1

特徴的な磁場窪み構造からみる水星磁気圏夜側電流構造の統計解析

概要: 水星には磁気圏があることは広く知られている.地球磁気圏とよく似た磁気圏構造も有している一方で,磁場固有磁場の強さや受ける太陽風の強さといった物理条件の違いによって,水星磁気圏特有の現象が起こることや,地球磁気圏によく似た現象であっても空間・時間スケールが大きく異なり得ることがわかっている.過去水星磁気圏を周回探査した衛星はMESSENGERのみである.しかし,MESSENGERは様々な制約を抱えていたため,その詳細は明らかになっていないことが多く残っている. MESSENGERで観測された磁場データに注目すると,磁気圏夜側領域に特徴的な窪み構造が確認できる.衛星がほとんど同じ領域を通過する連続した周回においても,この窪み構造が観測される場合と観測されない場合がある.このことから,この構造は数時間程度の時間スケールで変化していると考えられる. 本構造は先行研究ではplasma sheetによるものであると結論付けられており,それ以上の踏み込んだ研究はされてこなかった.しかし,この窪み構造の磁場成分に注目すると,水星近傍で観測されるものと尾部で観測されるものでは特徴が異なっている.このことから特に水星近傍で観測される構造はplasma sheet以外の何らかの磁気圏構造の影響を受けていると考えられる. 本研究ではこの構造を「depression」とよび,磁場及びプラズマデータからの解析を行った.その結果,depressionが磁場を用いた電流計算,プラズマの温度・ピッチ角異方性及び太陽風動圧との関係から,従来その詳細が明らかになっていない夜側領域でのring currentが重要な役割を果たしていることを示唆する結果を得た. 本講演では研究の現状について報告する.

2025年5月9日(金) 

氏名 榎木谷 海

自己紹介: 

​プロジェクト研究員

極低温中間赤外線屈折率測定装置開発

概要: 赤外線宇宙望遠鏡の観測装置は、熱雑音を避けるために低温下で運用する。そのため、観測装置に使用される光学素子などの低温における材料の物性知見は非常に重要である。本発表では、次世代赤外線宇宙望遠鏡計画 GREX-PLUS に搭載予定の分散素子であるイマージョン・グレーティングの材料の低温における屈折率を測定するために開発した、極低温中間赤外線屈折率測定装置について紹介する。

2025年4月18日(金) 

氏名 新井雄大(齋藤研M1)

         佐藤秀哉(清水研M1)

         西岡政寛(鳥海研M1)

Self-introductions by new M1 students

2025年4月11日(金) 

氏名 式守隆人

自己紹介:

​M2

内部磁気圏におけるMS波・EMIC波の励起過程に関する統計的検討  

概要: 近年、内部磁気圏において波動―粒子相互作用が重要な役割を担っていることが明らかになってきている。なかでも、磁気赤道付近で観測される高速磁気音波(Fast Magnetosonic Waves, MS波)は、プロトンのリング分布によって励起されることが知られている(Liu et al., 2011)。さらに、励起されたMS波がイオンを加熱し、それによって高周波電磁イオンサイクロトロン波(High Frequency Electromagnetic Ion Cyclotron, EMIC波)をさらに励起する可能性も示唆されており(Asamura et al., 2021)、これら一連の過程は近年とくに注目を集めている。 私の研究では、この一連の過程がどのような条件下で、どの程度の頻度で発生しうるのかを、あらせ衛星観測データを用いて統計的に明らかにすることを目的としている。本発表では、そのための初期段階として、これら各過程における空間分布や成長過程について、先行研究の結果を基に議論する。

2025年4月4日(金) 

氏名 藤原晨司

自己紹介:

​M2

太陽風の観測によるフラックスの評価

概要: 太陽の活動やその進化の過程で、太陽風による 質量損失が重要な役割を果たしている可能性が ある。また、太陽風は地球の磁気圏と相互作用 しており、宇宙天気の観点からも太陽風の挙動を 把握することは重要である。しかし、太陽の 全領域からの太陽風フラックスを正確に見積もる ことは困難である。本発表では、太陽風の フラックスの理解を目指し、衛星による観測結果 などを用いて議論を行う。

2004〜2025© 宇宙プラズマグループ/宇宙科学研究所( ISAS)

国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構(JAXA)

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