[P-CG19] 惑星大気圏・電磁圏

[PCG19-04] MAVEN観測に基づくダストストームが火星電離圏イオン密度変動に与える影響に関する統計的研究

*黒須 玲¹、関 華奈子¹、原 拓也²、Christopher Fowler³、Shannon Curry²、James McFadden²、Gwen Hanley² (1.東京大学大学院理学系研究科、2.カリフォルニア大学バークレー校宇宙科学研究所、3.ウェストバージニア大学物理天文学専攻)

キーワード：火星、電離圏、地殻磁場、ダストストーム、MAVEN、STATIC

火星は現在薄い大気に覆われており、ダストストームは火星大気の鉛直結合とその結果生じる宇宙への水の散逸を理解する上で重要な現象である(e.g., Chaffin et al., 2021)。火星大気では様々な空間スケールのダストストームが発生しており、特にグローバルダストストームは外気圏の組成に影響を与えることが示されている(Liu et al., 2018, Girazian et al., 2019)。一方、Withers et al. (2019)は、電離圏イオン密度の変動が火星の地殻磁場の影響を受けていることを示した。しかし、電離圏の個々のイオン種の密度に対するダストストームの影響についてはほとんど理解されていない。本研究では、火星探査機MAVENによる観測データ解析に基づき、火星電離圏における主要イオン種(H⁺、O⁺、O₂⁺、CO₂⁺)の密度の変動にダストストームが与える影響を明らかにすることを目的としている。
本研究では、2016年2月から2020年12月までの火星年2年間以上を含む期間に取得された、MAVENに搭載されたイオン質量分析器STATICによるレベル３データ(Fowler et al., 2022)と磁場測定器MAGのデータを主に用いている。この観測データからまず、電離圏観測を抽出し、各イオン種に対して、高度15km毎の密度の中央値高度分布を導出した。次にこの中央値高度分布の太陽天頂角依存性を調べ、依存性が殆ど見られなかった太陽天頂角が105度以下、高度225kmから325kmの電離圏における各イオン種密度について、中央値高度分布に対する密度変動比Rを計算した。このRについて、磁場の伏角への依存性および地理分布を、大規模なダストストームが発生する季節としない季節とで比較し、各イオン種の密度変動に地殻磁場とダストストームが与える影響を調べた。
その結果、(1) 分子イオン(O₂⁺、CO₂⁺)は地殻磁場の強い領域で密度が高くなる傾向があること、(2) O⁺はダストストームに殆ど影響を受けないこと、(3) H⁺、O₂⁺、CO₂⁺はダストストームに強く影響され、密度がそれぞれ2.1、1.7、2.6倍程度増加すること、(4)ダストストームによる密度増加は、H⁺では高高度でより顕著で、CO₂⁺では低高度の方がより顕著であること、が明らかとなった。このうち、地殻磁場への依存性についてはWithers et al. (2019)の結果と整合的である。また季節依存性については、ダストストームが中性⼤気中のCO₂とHを増加させることにより、各イオン種の⽣成・消失反応の一部が促進されたことが原因だと考えられる。これらの結果は、ダストストーム時には高高度電離圏のH⁺イオン密度が増加することを示しており、電離圏からのH⁺イオン散逸量も増加する可能性がある。また、火星からの酸素の散逸については、ダストストーム時には電離大気散逸において分子イオンの寄与が大きくなることを示唆している。