分子イオン上昇流と電離圏イオン過熱 / 加速機構

山田学，渡部重十（北大･理）阿部琢美（ＩＳ AＳ）佐川永一（ＣＲＬ ）A.W. Yau （カルガリー大）

?

（ Chappel et al., 1987 ）

数 Re で観測される分子イオン

どうすると分子イオンが数 Re に存在できるのか ?– どこが供給源 ? （高度，

MLT ）– どのように運ばれる ?

確実に地球起源– 電離圏 / 磁気圏間の物質輸

送トレーサーとなりうる どのような役割を果た

しているのか ?

Romic et al.(1999)

DE1 衛星による分子イオンの観測例．(Craven et al., 1985)

Greyish-blue Aurora:

Vallance Jones[1960] 等古くから 400-1000km での発光がしられて

いる

粒子観測 DE1: あけぼの衛星 etc.:

数千ｋｍ ~ 数 Re で分子イオンを観測

光学観測 MSX 衛星

Romick et al.[1999] 千 km 以上に

N2+ の発光が広がったのを確認（ upflow? ）

これまでの観測例

本研究の目的

いままで詳しく研究されてこなかった分子イオンの振る舞いを調べることでイオン

加熱 加速高度に新たな制限を加える･ .

発生領域の決定– 1992 ～ 1999 までの SMS 観測より発生領域（ M

LT, InvLat ）の傾向を調べる 分子イオンの供給高度の推定 .

– 手法： 分子イオンを含めた多種イオン系で密度・速度プロファイルを数値的に計算し，これまでのあけぼの /SMS 観測結果と比較 .

行なったこと

SMS Mass Scan mode 観測イオン種：

1~64 AMU/q 観測エネルギー：

0 ～ 25eV(8step) ピッチアングル

45 ﾟ ×8step

SMS mass scan mode サマリープロット

観測されるイオンの種類

Mass Scan Mode 観測結果– 大抵観測される

• H+,He+,O+

– 場合により観測される• D+ or He++, O++

（カスプなど特定の場所 ? ）

• N2+,NO+,O2

+

（主に磁気活動高い場合 ? ） あけぼの衛星 SMS による分子イオンの観測例．各質量でのカウント積分値．

分子イオンアップフロウ発生領域

使用データ：– 1992~1999 の mass scan mode のデータ

カスプ領域付近，夜 - 朝側オーロラ領域で観測される . 磁気活動度が活発（ Kp> ６）での観測がほとんど 太陽活動が低いときでも観測される .

1992-1999 での発生分布1989-1990 での発生分布（ Yau et al., 1993 ）

分子イオンアップフロウの Kｐ依存性頻度（何％ ?? ） Fast scan の H+ 密度から推定される分

子イオンの密度

1次元極域電離圏モデル

計算結果

供給高度の推定：フラックス比分子イオンのフラックス比 f(N2

+) f(NO+) > f(O2

+)Craven et. al.(1985) DE1 衛星， Yau et al.(1993) : あけぼの衛星の観測結果による

～～

フラックス比 密度比 を仮定し分子イオンの供給高度を推測 .

高度 300 ～ 400 ｋｍ前後で O2+ イオンの密度が他の分子イオ

ン密度を下回る . 多くの観測でＮ２＋が最大であることからこ

の高度より上空に加熱・加速域が存在すべき .

～～

SMS の観測で O+ イオンと比較して N2+ イオンのカ

ウント数は 2 ～3 桁小さい

分子イオン供給高度の上限は８００～１０００ｋｍより下であると推定 .

供給高度の推定：ピッチアングル

1989/11/13 のイベント– 観測高度 5000km– 分子イオンがコニク

スになっていた .– 磁気モーメントと

エネルギー保存を仮定しピッチアングルから加熱高度を推定．

H+

He+

N2+

O+

Log

(Cou

nt)

見積もられた N2+ イオンの加熱高度は高すぎる

理由として1. 分子イオンは比較的低速で上昇 .2. 何段階かの加熱・加速が行なわれ

た .

Ion Conic angle 到達時間 加熱域高度 密度比N2

+ 66 deg 274 sec ４３８７ ｋｍ

1.1 %

O+ 62 deg 226 sec ４２６４ ｋｍ

11.2 %

O++ 57 deg 265 sec ３７６８ ｋｍ

0.9 %

He+ 52 deg 143 sec ３４２４ ｋｍ

2.3 %

H+ 43 deg 85 sec ２５４７ ｋｍ

84.6 %

分子イオンアップフロウ発生シナリオ

1. 電離圏上部（ 500km程度）に存在する分子イオンが 1000km 以上に輸送される .

– スケールハイトの変化（オーロラ電子 , フリクショナルヒーティング）

– 上空の軽いイオンが急激に減少

2. 1000km 以上の高度で起きている波動（ bloadband Low-Frequency wave が有力か ? ）によって更に加熱

まとめ 分子イオンを供給している高度

– 成分比より 500km 以上– 密度から 1000km程度以下

1000km ～ 5000km の間で加熱 / 加速を受けている 分子イオンアップフロウの発生領域はカスプ，夜

側がメインである 分子イオンアップフロウの密度は 3×104~10 ３ ions/

m3 程度

今後の課題•エネルギーの式等を加えより現実的なモデルへ改善•分子イオンアップフロウとプラズマ波動の関係を調べる

まとめ

極域電離圏からのイオン流出量Akebono/SMS Fast Scan

Mode 観測結果 流出量は太陽活動に関係 磁気活動が活発になると流出領域低緯度側へシフト

H ＋： O ＋≈ 1:2 は必然 ?

内部磁気圏観測 粒子観測（ DE １， AKEBONO,

GEOTAIL, POLAR, FAST, CLUSTER, … ） 光学観測 IMAGE 衛星

He ＋ 共鳴散乱光（ 30.4nm ） を用いたプラズマポーズの観測

N2+ 共鳴散乱光観測

Romic et al.(1999)

粒子観測から様々な種類のイオンが流出していることがわかっておりN2

+ の共鳴散乱光などでイオンの動きをイメージングできるかもしれない

低エネルギーイオンを計測すると

そもそもどの程度存在し，どのような役割を果たしているのかのか未知である .

電離圏から磁気圏への物質輸送ルートをしる手掛かりとして He+,O+ （あるいは分子イオン）をトレーサーにできる .

Akebono/SMS Mass Scan Mode観測結果