[P-EM10] Dynamics of Magnetosphere and Ionosphere

[PEM10-P09] 地球極域磁気圏におけるイオン加熱過程に寄与する電磁イオンサイクロトロン波の周波数帯域の推定

*小野澤 秀治¹、加藤 雄人¹、熊本 篤志¹ (1.東北大学大学院理学研究科地球物理学専攻)

キーワード：サイクロトロン共鳴、電磁イオンサイクロトロン波動、磁気圏、イオン流出

地球極域電離圏、磁気圏中では水素イオンや酸素イオンなどの様々なイ
オンが磁力線に沿って上昇していく様子が数々の観測によって確認され
ている(Dandouras, I. 2021)。このイオンの上昇過程を説明するために重
要と考えられているのが、数Hzから数kHzまでの周波数帯のプラズマ波
動によるイオンの磁力線垂直方向加速である。プラズマ波動の磁力線に
垂直に振動する電場がイオンの垂直方向加速に重要と考えられている
(Chaston et al., 2004)。
Erlandson(1994)は地球夜側の極域におけるFreja衛星の観測から、5Hz
から酸素のサイクロトロン周波数より少し小さい25Hz、ヘリウムのサ
イクロトロン周波数付近の100Hzから256Hzの周波数帯の電磁波モード
の波動による酸素イオンの磁力線垂直方向加速を示唆した。Ishigaya(2017)は昼側カスプ領域におけるあけぼの衛星の観測から水素イオンと酸素イオンのエネルギー密度と電場のスペクトル密度の相関についての統計調査とイオン加熱イベントの解析を行い、水素イオンのサイクロトロン周波数から低域混成周波数までの周波数帯の静電波による効果的な加速が起きていた可能性を示唆した。一方、強い加熱に対する電磁波モードの寄与は限定的と解釈された。
本研究では、Ishigaya (2017)の加熱イベントにおける電磁波モードの
寄与について調べるために、冷たいプラズマ近似によるプラズマ波動の
分散関係とイオンとプラズマ波動の1次のサイクロトロン共鳴の共鳴条
件を用いて、1990年2月11日18:03:00 UTから18:13:00 UT, 高度5100km
から6400km, MLT11hから12h, ILAT71°から80°においてあけぼの衛星で
観測された加熱イベント中で酸素イオンと共鳴しうる電磁波の周波数帯
を検討した。このイベント中では3.16Hzから20Hzまでの周波数帯で電
磁波モード、20Hz付近から1160Hz付近までの周波数帯で静電波モード
のプラズマ波動の励起と0eVから25eVまでのエネルギーを持ったピッチ
角90°付近のイオンの増加が観測されていた。分散関係の計算にはIGRF-
12磁場モデルによる磁場強度8.89*10^3nTと観測されたプラズマ密度
60/cc、組成比H+:O+:He+=0.46:0.11:0.43を用いた。その結果、磁力線
に沿って上昇していく速度成分を持った0eVから25 eVまでの酸素イオ
ンは、観測されていた 3.16Hzから20Hzの周波数帯のうち酸素のサイク
ロトロン周波数付近の8.40Hzから8.53Hzの限られた帯域の電磁波モー
ドと共鳴しうることが分かった。