平成 29 年度 文部科学省
ポスト「京」で重点的に取り組むべき社会的・科学的課題に関するアプリケーション開発・研究開発（萌芽的課題）

平成 29 年度
「太陽系外惑星（第二の地球）の誕生と太陽系内惑星環境変動の解明（生命を育む惑星の起源・進化と惑星環境変動の解明）」
成果報告書

平成 30 年 5 月 31 日
国立大学法人神戸大学
理学研究科 教授 牧野 淳一郎

本報告書は、文部科学省の科学技術試験研究委託事業による委託業務として、国立大学法人神戸大学
が実施した平成２９年度「太陽系外惑星（第二の地球）の誕生と太陽系内惑星環境変動の解明（生命を育む惑星の起源・進化と惑星環境変動の解明）」の成果を取りまとめたものです。

目次
１．委託業務の題目 ...................................................................................................................................1
２．実施機関（代表機関） ........................................................................................................................1
３．委託業務の目的 ...................................................................................................................................1
４．平成 29 年度（報告年度）の実施内容 .................................................................................................1
４－１．実施計画 ...................................................................................................................................1
４－２．実施内容（成果） .....................................................................................................................5
４－２－１．サブ課題 A「惑星の起源の解明」 ..................................................................................5
４－２－２．サブ課題 B「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」 ................................................ 11
４－２－３．サブ課題 C「太陽活動による地球環境変動の解明」 ...................................................18
４－２－４．サブ課題 D「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」..................................27
４－３．活動（研究会等） ...................................................................................................................32
４－４．実施体制 .................................................................................................................................33
別添１

学会等発表実績

別添２

実施計画

i

１．委託業務の題目「太陽系外惑星（第二の地球）の誕生と太陽系内惑星環境変動の解明（生命を育む惑星の起源・進化と惑星環境変動の解明）」

２．実施機関（代表機関）

代
表

機関名

国立大学法人神戸大学

所在地〒657-8501 兵庫県神戸市灘区六甲台町１番１号

課題
責任者

ふ り が なまきのじゅんいちろう生年西暦 1963 年 1 月 6 日（55 歳）

氏

牧野

淳一郎

月日

※2018 年 4 月 1 日現在

名

所属部署名
連絡先

機
関

理学研究科

役職

Tel.

Fax.

078-599-6730

うすい

ふみひこ

事務

氏

臼井

文彦

連絡

所属部署名

担当者

連絡先

078-599-6735

E-mail jmakino@people.kobe-u.ac.jp

ふ り が な名教授

惑星科学研究センター

役職

特命助教

Tel.

Fax.

078-599-6735

078-599-6730

E-mail usui@cps-jp.org

３．委託業務の目的
地球がどのように生まれ、どのようにして生命を育む惑星に進化したか、さらには現在及び将来の地球・太陽・太陽系の進化が人類社会にどのような影響を及ぼしうるかを解明するため、惑星科
学・地球科学・宇宙化学/宇宙生物学分野のシミュレーション研究者が結集し、太陽のような星とそれが持つ惑星系の起源から形成された惑星の構造の進化、大気や表面の水圏の形成・進化、太陽活動の変化やその惑星表層への影響といった、実験では実現不可能な現象を大規模計算によるシミュレーションを使って研究し、国内外で進められている様々な観測・探査プロジェクトと連携して、惑星の起源・進化と惑星環境変動の解明を目指す。このため、国立大学法人神戸大学を中核機関として、分担機関である国立大学法人東京工業大学、国立大学法人大阪大学、国立研究開発法人
理化学研究所、国立大学法人東京大学、国立大学法人京都大学、国立大学法人名古屋大学、国立大学法人千葉大学、国立大学法人筑波大学と連携し、研究開発を推進する。

４．平成 29 年度（報告年度）の実施内容
４－１．実施計画①サブ課題A「惑星の起源の解明」
平成29年度は、調査研究・準備研究フェーズとして、以下に示す本萌芽的課題に関するアプリ
ケーション開発・研究開発について、開発計画 (研究開発内容、目標・期待される成果、実施体
制、必要計算資源、工程表、所要経費等) の詳細の策定を分担機関の国立大学法人東京工業大
学、国立大学法人大阪大学、国立研究開発法人理化学研究所 計算科学研究機構と共同で継続す1

る。また、策定した開発計画の実現可能性を調査するとともに、本格実施フェーズに向けた準備(実施体制構築の着手、研究等) を進める。
並列計算コード開発を進め、惑星集積シミュレーション、星形成・原始惑星系円盤の大規模シ
ミュレーションを行うことを目標として以下を実施する。
・ 「京」で目指す惑星集積過程における具体的科学目標を設定した上で、開発した最適化されたコードにより、試験的なシミュレーションを開始する。
・ 原始惑星系円盤の形成及び進化の大規模磁気流体シミュレーションを行う。原始惑星系円盤の各領域における非理想MHD効果の働きと磁気回転不安定性などによって励起される乱流、及び円盤から駆動されるアウトフローの性質を調べる。
・ P3T法にFDPSを適用させた大域的N体シミュレーションの開発・最適化を進める。
②サブ課題B「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」
平成29年度は、調査研究・準備研究フェーズとして、以下に示す本萌芽的課題に関するアプリ
ケーション開発・研究開発について、開発計画 (研究開発内容、目標・期待される成果、実施体
制、必要計算資源、工程表、所要経費等) の詳細の策定を分担機関の国立大学法人東京大学、国立大学法人京都大学と共同で継続する。また、策定した開発計画の実現可能性を調査するとともに、本格実施フェーズに向けた準備 (実施体制構築の着手、研究等) を進める。
岩石惑星・衛星の火成活動・マントル対流、ガス惑星表層と深部の循環、火星全球ダストストームを対象とした球面・球殻形状での高解像度数値計算を行うことを目標として以下を実施する。
・ 「地球型惑星の気象・気候～火星全球ダストストーム」「岩石惑星の火成活動～マントル対流系の三次元球殻モデリング」「ガス惑星の全球気象学～深部対流から表層ジェット流まで」という三つの球対流研究テーマ間の情報共有を図り、それぞれのモデルで必要となる基礎ルーチンの開発を進め、「京」上での大規模計算の実装実験を実施する。「地球型惑星の気象・
気候～火星全球ダストストーム」に関しては、「京」上での火星大気設定での力学計算を実現し、順次火星物理過程を改良導入する。
・ 火成活動（マグマの生成と移動）とマントル対流のカップリングおよびテクトニックプレー
トのより現実的な3次元シミュレーションを実行する。
・ 固相マントルの対流運動シミュレーションプログラムを「京」に導入し、そのベンチマークを行う。より現実的なシミュレーションを目的としたプログラムの開発を行う。
・ ガス惑星大気の流れと相互作用する渦をシミュレートするための、高精度高解像度計算を行
なうスペクトル法のライブラリをメニーコアマシンに導入し、新たな計算スキームを開発することにより、ライブラリの並列化効率および計算速度の追及・実証を行う。
③サブ課題C「太陽活動による地球環境変動の解明」
平成29年度は、調査研究・準備研究フェーズとして、以下に示す本萌芽的課題に関するアプリ
ケーション開発・研究開発について、開発計画 (研究開発内容、目標・期待される成果、実施体
制、必要計算資源、工程表、所要経費等) の詳細の策定を分担機関の国立大学法人名古屋大学、
国立大学法人千葉大学と共同で継続する。また、策定した開発計画の実現可能性を調査するとともに、本格実施フェーズに向けた準備 (実施体制構築の着手、研究等) を進める。
太陽フレアとその地球環境影響のシミュレーションの開発、太陽対流層の超大規模・長時間シ
ミュレーションを行うことを目標として以下を実施する。
・ 太陽活動領域、太陽風、磁気圏、衛星環境モデルの初期実験を継続する。太陽フレアの発生とその地球環境影響を探るために必要な新たなシミュレーションモデルの開発要素を明確化する。
・ 太陽対流層を包括した磁気流体計算を実施する。より高解像度の状況を理解するために領域を制限した計算を行う。
④サブ課題D「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」
平成29年度は、調査研究・準備研究フェーズとして、以下に示す本萌芽的課題に関するアプリ
ケーション開発・研究開発について、開発計画 (研究開発内容、目標・期待される成果、実施体
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制、必要計算資源、工程表、所要経費等) の詳細の策定を分担機関の国立大学法人筑波大学、国立大学法人名古屋大学と共同で継続する。また、策定した開発計画の実現可能性を調査するとともに、本格実施フェーズに向けた準備 (実施体制構築の着手、研究等) を進める。
星間有機分子生成の大規模な第一原理分子動力学計算を行うことを目標として以下を実施する。
・ 大規模な第一原理分子動力学計算に向けたコード整備と予備計算を行う。ダスト形成過程の計算を実行し、ダスト上の有機分子合成の解析を進める。ダスト上での有機分子合成の素反応の網羅的解析に向けた基底状態量子化学計算を行う。
・ 原始惑星系円盤中のダスト粒子の衝突付着成長シミュレーションのためのコード開発を進める。予備計算とデータ解析を行い、大規模な第一原理数値シミュレーションにおける具体的な問題設定を行う。
また、分担機関と連携し、再委託によって、以下の⑤～⑮の研究開発に取り組む。
⑤サブ課題A全体の統括および惑星集積シミュレーション（再委託先：国立大学法人東京工業大学）「京」での惑星集積N体シミュレーションの成果を踏まえて、「京」で目指す惑星集積過程における具体的科学目標を設定した上で、開発した最適化されたコードにより、試験的なシミュレーションを開始する。
⑥星形成・原始惑星系円盤の大規模シミュレーション（再委託先：国立大学法人大阪大学）
サブ課題Aの一環として、惑星形成の初期条件・境界条件となる原始惑星系円盤の形成及び進化の大規模磁気流体シミュレーションを行う。前年度に開発したAthena++コードを用い、非理想MHD効果のうちオーム散逸と双極性拡散を取り入れた大域的磁気流体シミュレーションにより、原始惑星系円盤の各領域における非理想MHD効果の働きと磁気回転不安定性などによって励起される乱流、及び円盤から駆動されるアウトフローの性質を調べる。
⑦並列計算コード開発、サブ課題間連携推進（再委託先：国立研究開発法人理化学研究所 計算科学研究機構）
P3T法(Particle-particle Particle-tree)にFDPS(Framework for Developing Particle Simu
lator)を適用させた高精度の大域的N体シミュレーションの開発・最適化を国立大学法人東京工業大学と協力して進める。
⑧サブ課題B全体および「地球型惑星の気象・気候～火星全球ダストストーム」の統括推進
当該サブ課題を構成する三つの球対流研究テーマ「地球型惑星の気象・気候～火星全球ダストストーム」、「岩石惑星の火成活動～マントル対流系の三次元球殻モデリング」、「ガス惑星の
全球気象学～深部対流から表層ジェット流まで」間の情報共有を図り、それぞれのモデル（岩石惑星モデル、惑星大気モデル、ガス惑星モデル）で必要となる基礎ルーチンの開発を進め、「京」
上での大規模計算の実装実験を実施する。特に「地球型惑星の気象・気候～火星全球ダストストーム」に関しては、「京」上での火星大気設定での力学計算を実現し、順次火星物理過程を改良導入して、その火星気象計算を行う。
⑨岩石惑星の火成活動～マントル対流系の三次元球殻モデリング統括推進（再委託先：国立大学法人東京大学）
平成28年度に開発した対流運動シミュレーションプログラムを用いて、火成活動（マグマの生成と移動）とマントル対流のカップリングおよびテクトニックプレートのより現実的な3次元シミュレーションを実行する。特に実際の地球で見られる、洪水玄武岩生成などのパルス的な大規模火成活動や安定したプレート運動を再現するためのシミュレーションを行う。
⑩ガス惑星の全球気象学～深部対流から表層ジェット流までの統括推進
3

（再委託先：国立大学法人京都大学）
ガス惑星大気の流れと相互作用する渦をシミュレートするための、高精度高解像度計算を行
なうスペクトル法のライブラリをメニーコアマシンに導入し、新たな計算スキームを開発する
ことにより、ライブラリの並列化効率および計算速度の追及・実証を行う。
⑪サブ課題C全体の統括および太陽フレアとその地球環境影響のシミュレーションの開発（再委託先：国立大学法人名古屋大学）「京」及び名古屋大学「FX100」を使って、太陽活動領域、太陽風、磁気圏、衛星環境モデルの初期実験を継続する。その計算結果の解析から、太陽フレアの発生とその地球環境影響を探る
ために必要な新たなシミュレーションモデルの開発要素を明確化する。
⑫太陽対流層の超大規模・長時間シミュレーション（再委託先：国立大学法人千葉大学）「京」及び名古屋大学「FX100」を使って、太陽対流層を包括した磁気流体計算を実施するとともに、より高解像度の状況を理解するために領域を制限した計算を行う。
⑬サブ課題D全体の統括および星間有機分子生成の大規模な第一原理分子動力学計算の実施（再委託先：国立大学法人筑波大学）「京」とCOMA, Oakforest-PACSを用いた大規模な第一原理分子動力学計算に向けたコード整
備と予備計算を行う。また、ダスト形成過程の計算を実行し、ダスト上の有機分子合成の解析を進める。ダスト上での有機分子合成の素反応の網羅的解析に向けて、「京」とCOMA, Oakforest-PACSを用いた基底状態量子化学計算を行う。
⑭原始太陽系におけるダスト成長過程の研究（再委託先：国立大学法人名古屋大学）
原始太陽系におけるダスト成長過程の解明に向け、「京」とCOMA, Oakforest-PACS及び名古屋大学「FX100」を用いて、原始惑星系円盤中のダスト粒子の衝突付着成長シミュレーションのためのコード開発を進める。予備計算とデータ解析を行い、大規模な第一原理数値シミュレーシ
ョンにおける具体的な問題設定を行う。
⑮プロジェクトの総合的推進
プロジェクト全体の連携を密としつつ円滑に運営していくため、運営委員会や研究連絡会の開催等、参画各機関の連携・調整にあたる。特に、プロジェクト全体の進捗状況を確認しつつ計画の合理化を検討し、必要に応じて調査あるいは外部有識者を招聘して意見を聞くなど、プロジ
ェクトの推進に資する。プロジェクトで得られた成果については積極的に公表し、今後の展開に資する。

4

４－２．実施内容（成果）
本課題では、惑星の起源・進化と惑星環境変動の解明を目的として、ポスト「京」を想定した計算コード・基礎ルーチンの開発および科学目標の詳細化を進めている。本提案はサブ課題 A-D からなり、サイエンスと問題解決の手法の両面で相互に協力しながら研究を推進している。
平成 29 年度において、サブ課題 A「惑星の起源の解明」では、並列計算コード開発を進め、惑星
集積および星形成・原始惑星系円盤の大規模シミュレーションの開発・最適化および準備的計算を行った。サブ課題 B「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」では、球対流の高解像度数値計算を行うことを目標として、岩石惑星モデル・惑星大気モデル・ガス惑星モデルの各テーマ間の情報共有を図り、それぞれのモデルで必要となる基礎ルーチンの開発を進め、「京」上での大規模計算の実装実験を実施した。サブ課題 C「太陽活動による地球環境変動の解明」では、太陽対流層の全球
対流シミュレーションの開発および超大規模・長時間シミュレーションへ向けた準備、太陽表面磁場の観測データを用いた太陽面爆発現象の再現、地球磁気圏のグローバルシミュレーションの高速化のための並列化手法の開発等を行った。サブ課題 D「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」では、星間有機分子生成の大規模な第一原理分子動力学計算に向けたコード整備と予備計算、原始惑星系円盤中のダスト粒子の衝突付着成長シミュレーションのためのコード開発・効率化を行った。
サブ課題間の連携のために、本課題ではアプリケーション開発状況共有ワークショップ(平成 29
年 8 月)、公開シンポジウム(平成 30 年 3 月)、重点課題 9「宇宙の基本法則と進化の解明」サブ課
題 C「大規模数値計算と広域宇宙観測データの融合による宇宙進化の解明」との共催での天体形成シミュレーション研究会(平成 29 年 6 月)などを開催し、達成すべきサイエンスの内容や技術的課
題を共有・議論した。研究推進の体制構築や進捗状況確認のために、構成員 16 名からなる課題運営委員会を定期的に開催している。技術的課題に関しては理研 AICS 他と連携・意見交換をしながら、ポスト「京」向けのアプリケーションの開発・最適化を進めている。
４－２－１．サブ課題 A「惑星の起源の解明」
平成 29 年度において、サブ課題 A では並列計算コード開発を進め、惑星集積および星形成・原始惑星系円盤の大規模シミュレーションの開発・最適化および準備的計算を行った(４－１．実施
計画①⑤⑥⑦に対応)。
(1) 惑星集積の N 体シミュレーション
東京工業大学では、惑星集積の N 体シミュレーションのために理化学研究所と共同で開発した最適化されたコード「Kninja」により、試験的なシミュレーションを開始した。衝突破壊モデルを実装し、ガス円盤内での惑星の移動を検証した。実装したモデルは、破片のサイズと破片の数をパラメータとした簡易モデルで、今後、結果のモデル依存性は検証していく。
破片を細かくしていった場合、微惑星・破片との相互作用による惑星の外側移動の効果が、円盤ガスとの相互作用による内側移動をしのぐことがわかった。粒子数は初期には 6 万で、10 万年計算
後では破壊の効果により 10 万体になっていた。さらに粒子数を増加させた計算を実行するために
P3T 法に FDPS を適用させた大域的 N 体シミュレーションの開発・最適化を進めた。コードには完全衝突合体と衝突破壊による破片生成の関数も加えた。図 1 では 4 コアで計算した場合の計算誤差の5時間進化を示す。数千年の計算でも十分な精度が保たれていることがわかる。今後、ノード数を多くした計算を実行し、今まで 100 万粒子程度しか計算できなかったところを 1 億粒子まで引き上げ、計算を実行する。

6

図 1：惑星集積の N 体シミュレーションにおける計算誤差の時間進化。

7

(2) 原始惑星系円盤の形成及び進化の磁気流体シミュレーション
大阪大学では、汎用磁気流体コード「Athena++」に Full-Multigrid 法に基づくポアソンソルバを実装し、一様格子上で数千並列以上の大規模計算でも磁気流体部と比べ数分の 1 で計算できる非
常に高い性能と良好なスケーラビリティを達成した。このソルバは将来輻射輸送や粘性拡散などに応用するために汎用的に設計している。
Xeon Phi を搭載した Oakforest-PACS において超大規模並列計算のテストを行い、理想 MHD で 1
ノードから 2048 ノード（524288 スレッド）で単精度 90%、倍精度 83%以上の高い並列化効率を得た(図 2）。公開したコードは Web サイトにて公開している。
・

英語：https://princetonuniversity.github.io/athena/・

日本語：http://vega.ess.sci.osaka-u.ac.jp/~tomida/athena/index.html

更にコードの普及とユーザーの教育のために、国立天文台天文シミュレーションプロジェクトお
よびポスト「京」重点課題 9 の協力を得て流体学校（Athena++で学ぶ流体力学）を開催し(平成 30
年 2 月 13 日～16 日）、約 25 人の参加者を得た。
原始惑星系円盤の形成・進化シミュレーションに関しては、その初期条件を構築し、本格実施フ
ェーズで行う長時間大規模計算に向けた準備的計算を行った。磁気回転不安定性による乱流の駆動や、非理想 MHD 効果によるその抑制(デッドゾーン）などが再現できている(図 3）。
さらに、星・円盤形成過程の初期条件となる分子雲形成の磁気流体シミュレーションを行い、衝撃波圧縮と磁力線の方向によって駆動される乱流や形成される分子雲の量などを系統的に調べた。
Planck 衛星による磁力線の向きと分子雲の観測と整合的な結果を得た。現在これに自己重力を導入
した計算を進めている。今後、構築された原始惑星系円盤モデルを使って、本格的な稼働を始めた
チリの大型電波干渉計 ALMA による円盤観測データの解釈を進める。
(3) 並列計算コード開発
理研 AICS では、惑星形成シミュレーションコードのベースになるフレームワーク FDPS の最適化を進めた。具体的には、ポスト京で想定されるような、非常にノード数が多く、ノード内のコア数も多いシステムで FDPS がスケールし、高い実行効率が維持できるためのアルゴリズムの実装、性能評価を進めた。

8図 2：Oakforest-PACS で測定した Athena++コードの理想 MHD 部の性能。52 万スレッド以上まで高い並列化効率が得られており、次世代計算機による大規模計算に適用できる性能を実証した。

9

図 3：原始惑星系円盤の非理想磁気流体シミュレーション。黒線で囲まれたデッドゾーン内は非理想
MHD 効果が強く、磁場が散逸してプラズマβが上昇し、乱流も抑制されている。

10

４－２－２．サブ課題 B「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」
平成 29 年度において、サブ課題 B では「岩石惑星の火成活動～マントル対流系の三次元球殻モデリング」「ガス惑星の全球気象学～深部対流から表層ジェット流まで」「地球型惑星の気象・気候～火星全球ダストストーム」という 3 つの球対流の高解像度数値計算を行うことを目標として、研究テーマ間の情報共有を図り、それぞれのモデルで必要となる基礎ルーチンの開発を進め、「京」
上での大規模計算の実装実験を実施した(４－１．実施計画②⑧⑨⑩に対応)。
(i) 岩石惑星「岩石惑星の火成活動～マントル対流系の三次元球殻モデリング」
対流しつつある三次元部分球殻マントルと火成活動（マグマの生成と移動）のカップリングと、三次元矩形領域におけるテクトニックプレートを含むマントル対流の、シミュレーション用の数値コードの開発に成功した。以下にこれらのコードを用いて得られた計算結果の例を示す。
開発した三次元部分球殻マントルにおける火成活動モデルのプログラムによって計算した例を図4 に示す。計算に用いたメッシュ数は深さ方向 64、水平方向 64×64（緯度 90 度×経度 90 度分）で、Core i7 の 8 コアを用いて実行した場合の計算時間は時間刻み 1 ステップあたり約 120 秒であった。
数値コードの本体はテクトニックプレートのシミュレーションに用いたものと共通のため、大規模並列化を伴う「京」や「地球シミュレータ」への移植は問題なく行える。これにより、月の内部進化の三次元部分球殻モデルのシミュレーションへの展望が開けた。図 5 は、開発した三次元矩形領域に於けるテクトニックプレートモデルの計算結果の一例である。（a）高温部の等値面・側面温度分
布・表面ダメージ分布を、（b）表面におけるプレートが受けたダメージの分布を真上から見たもの、（c）同じく表面における粘性率分布を真上から見たものをそれぞれ表している。ダメージの大きなプレート境界を境に、各タイル上のプレートが剛体のように動いている様子が見える。局所的には大きな粘性率コントラスト（場所によっては 1000 倍程度）が生じる部分ができるが、問題なく計算を進める事が出来ている。用いたメッシュ数は 512×512×128 で計算時間は時間刻み 1 ステップあたり「京」上で約 10 秒（1024 ノード使用時）、「地球シミュレータ」上で約 24 秒（128 ノード使用時）であった。これにより平成 30 年度に実行する予定であるプレートテクトニクスの三次元シミュレー
ションへの展望が開けた。
(ii) ガス惑星「ガス惑星の全球気象学～深部対流から表層ジェット流まで」
ガス惑星大気シミュレーション計算の高解像度長時間積分を行うためにスペクトル変換ライブラ
リの改良を行った。Intel Xeon 向けのチューニングとして、SIMD 命令の活用とキャッシュを利用したアセンブリコーディングを行い、Haswell 系 Xeon CPU に対してピーク性能に近い計算速度を出すことに成功した。一方、緯度方向に加えて動径方向にも MPI 並列化を行う実装テストを「地球シミュレータ」（NEC SX-ACE）上にて行い、これまで緯度方向格子点数によって制限されていた並列処理の限界を伸ばすことに成功した。 さらに、深さ方向の密度成層を考慮した非弾性球殻対流モデルを開発し、改良したスペクトル変換ライブラリを用いて大規模並列化を行った。
図 6 は、開発した非弾性球殻対流モデルのベンチマーク計算の計算時間を示したものである。従来の、動径方向に MPI 並列をしない場合（NPV = 1）では、256 並列までは計算時間がほぼ並列数に比例して減少していくが、それ以上の並列数では計算時間が減少しなくなり、並列化による加速の限界となっていた。これに対して、動径方向並列数（NPV）を 4、8、16、32 と増加させるに連れて、よ11

り大きな MPI 並列数でも計算時間を減少させることができるようになっている。
今後は Xeon 系メニーコアシステムあるいは「京」でのスペクトルライブラリにも、「地球シミュレ
ータ」で開発した動径方向並列化の技術を導入し、SIMD 命令とアセンブリコーディングと組み合わせて高速化を図る。これにより、ガス惑星大気シミュレーションの高解像度長時間積分を、大規模並列計算により遂行できる展望が開けるだろう。
(iii) 惑星大気「地球型惑星の気象・気候～火星全球ダストストーム」
本研究テーマでは、「京」などの大規模計算機上での並列計算に適した正二十面体準一様格子に基づく非静力学全球大気モデル（SCALE-GM）を改良して惑星大気設定に拡張することを目指し、開発を進めてきた。惑星大気設定への拡張に必要な物理過程ルーチンは、神戸大学・北海道大学・京都大学において開発してきた汎惑星大気静力学スペクトルモデル（DCPAM）から順次移植する形で、開発を進めている。
まず理想化した火星大気設定での力学計算（Mischna & Wilson, 2006）を実施し、SCALE-GM が火星大気設定でも問題なく動作することを確認した。また、火星版 SCALE-GM の計算結果が、DCPAM の計算結果とおおよそ一致することも確認した。次に、SCALE-GM に DCPAM の火星大気放射過程（太陽入射計算、短波・長波の放射伝達計算、近赤外線吸収による加熱計算）のルーチンを移植した。SCALEGM と DCPAM で、鉛直一次元設定で放射加熱冷却による大気の温度分布を計算したところ、両モデルの計算結果に差異が見られた（図 7 の青線と黒線）。検討の結果、これは両モデルの気圧の違い、すなわち SCALE-GM は非静力学的な気圧であるが DCPAM は静力学的な気圧、によるものであることが分かった。また、SCALE-GM においても静力学的な気圧を求めて放射計算に利用することで、DCPAM とほぼ同じ結果（図 7 赤線）が得られることが確認された。
上述の火星版 SCALE-GM の開発と並行して、平成 28 年度に実施した地球大気力学基礎実験（Held& Suarez, 1994）の高高度拡張計算の結果から見いだされた、赤道上空東西平均東西風の振動現象（QBO 的振動）について調査を行った。結果、数値モデル内の水平拡散係数や時間刻み幅の大きさに依存して、QBO 的振動の有無や周期が変わることが分かった。水平拡散項に対する依存性は、QBO 的振動の駆動源である大気重力波の鉛直伝播の観点から解釈可能である。すなわち、拡散項が大きいほど、大気重力波による東西運動量の鉛直輸送量が少なく、振動周期が長くなる、ということである（図 8）。一方で、数値積分の時間刻み幅に対する QBO 的振動の依存性は単純ではなく、引き続きの調査・考察が必要である。
さらに本テーマでは、今後 SCALE-GM を金星大気へ拡張することを見据え、また我が国の金星探査機「あかつき」の探査結果を活用してモデルの開発改良を進めるため、「地球シミュレータ」に最適化された静力学スペクトルモデル（AFES）を用いた金星大気力学の数値実験を、「地球シミュレータ」
で実行可能なレベルでの高解像度計算を実施している。平成 29 年度は「あかつき」によって発見された、金星大気の高緯度から低緯度にかけて雲の薄い領域が斜めに延びる惑星規模のストリーク構
造を、シミュレーションで再現することに成功した。そして、シミュレーションデータを詳細に解析することで、このストリーク構造の形成メカニズムは、傾圧不安定と波数１の赤道ロスビー波の位相の南北方向の傾きによって説明できることを示した。

12

図 4：月を模した三次元部分球殻マントルにおける火成活動モデリングの一例。固相マントル対流の上昇域の中で起こる部分溶融によって生じた液相マグマの分布を色で示しており、暖色ほど多くのマグマが発生していることを意味する。灰色は計算に用いた部分球殻領域であり、下部の青い面は計算領域の底面を表す。

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図 5：応力履歴依存粘性率を考慮したマントル対流の数値シミュレーション結果の一例。
（a）温度等値面（黄色）、温度分布（側面）、ダメージ分布（上面）。
（b）惑星表面でのプレートが受けたダメージ分布。
（c）惑星表面での粘性率分布。

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図 6：非弾性球殻対流モデルのベンチマークによる計算速度。解像度は経度×緯度×動径格子点数 =4096×2048×64。OpenMP 並列 4 スレッドの「地球シミュレータ」による計算。横軸が MPI 並列数、縦軸が時間積分を 100 ステップ進めるのに要した実時間（秒）。図中の NPV は動径方向の並列数を示している。

15

図 7：火星大気放射鉛直一次元計算で得られた温度分布。黒が DCPAM を、青が非静力学的気圧を用いた
SCALE-GM、赤が静力学的気圧を用いた SCALE-GM の結果を表す。200 K の等温大気を初期状態とし、地表面温度を 200 K に固定し、日周期を排した設定で、太陽直下点（赤道上）での 50 日後の鉛直温度分布。

16

図 8：SCALE-GM を用いた地球大気力学基礎実験の高高度拡張計算で得られた赤道上空東西平均東西風の時間発展。水平拡散係数の大きさが(a)1 倍、(b)2 倍、(c)4 倍と大きくなるに従って、平均東西風の振動周期が長くなっている。

17

４－２－３．サブ課題 C「太陽活動による地球環境変動の解明」
平成 29 年度において、サブ課題 C では太陽表面と輻射輸送の効果も含む太陽対流層の全球対流シミュレーションを開発し、ポスト「京」における本格的な太陽ダイナモシミュレーションの準備を整えた。太陽表面磁場の観測データを用いて太陽フレアなどの太陽面爆発現象を再現することにより、その発現メカニズムの理解と発生予測に大きく貢献した。地球磁気圏のグローバルシミュレーションの高速化のための並列化手法の開発と宇宙プラズマにおける現実のパラメータによる波動粒子相互作用シミュレーションと波動のある場合の人工衛星の帯電シミュレーションを進め、そのための高性能並列化計算アルゴリズムの開発を進めた(４－１．実施計画③⑪⑫に対応)。
(1) 太陽対流層のシミュレーション
長時間(30 年程度)を追う太陽全球の磁場生成数値計算としては、これまででもっとも多い格子点数(球座標に直して 256×1024×2048)での計算を実行した。次の段落に示す太陽表面も取り入れた計算とは違い、表面を取り除き領域を制限することによって、長時間・高解像度の計算が可能になっている。高解像度化によって、磁場が非常に強くなり、乱流の磁場エネルギーが運動エネルギーの 10 倍程度になる状況を実現した。これはこれまでに考えられていた速度場が支配的な太陽対流
層観を大きく変えるものである。また、低緯度に集中して大規模磁場が生成される様子が再現できた(図 9)。実際に太陽でも緯度 30 度程度までにのみ黒点が発生し、蝶形図を形作っているが、その成因に迫る成果である。大規模な磁束が低緯度に集中する要因は高緯度に移動した磁束が不安定化
し、乱流によって破壊されるからと考えられている。詳細な要因は今後の数値計算データの解析に
より明らかにする。
また、対流層の底から表面までの包括した計算を実施するための数値計算コードを開発した。実際には、太陽表面を取り扱うために輻射輸送、状態方程式の取り扱いを整備した。輻射は局所的な問題ではないが、ポスト「京」で実行するために、なるべく通信を抑えたアルゴリズムを開発した。これまでの光球のみの極小領域を取り扱った数値計算結果と比較し、今回開発したアルゴリズ
ムが妥当であることを確認した。この開発した数値計算コードを用いて、世界で初めて太陽の対流層の底から表面までの一貫した数値計算を実施した(図 10)。これまでの研究では、太陽表面を取り入れると太陽深部の熱対流が大きく影響を受けると予想していたが、実際にそのような計算を実行
すると太陽深部は太陽表面の影響をほとんど受けないことがわかった。解像度を保つために本計算
は水平方向に領域を制限しておこなっているが、深部のみの球殻全てを包括した計算とも比較を行っており、深部熱対流を調査する上では十分な水平領域が確保できていることが確認できている。
対流層深部から太陽表面までの黒点生成過程を追うための準備は整った。

18

図 9：全球高解像度計算により生成された大規模磁場。線は磁力線を表し、色が経度方向の磁場強度を表す。太陽全球円周 440 万 km を示してある。図 10 とは違い領域を制限し、太陽表面付近は取り入れて
いない。

19

図 10：太陽対流層を包括した計算により実現した階層的熱対流の様子。それぞれの高さの典型的な値で規格化したエントロピーを表してある。空間スケールはそれぞれの方向に 20 万 km をとってある。

20

(2) 太陽面爆発（フレア、コロナ質量放出）の発生機構と予測に関するシミュレーション
太陽黒点磁場のエネルギーを駆動源とした太陽フレア爆発は地球環境や社会インフラに影響と被害をもたらす場合がある。そのため、その発生機構を解明すると共に、正確な発生予測を実現することは重要である。我々は衛星観測によってもたらされた太陽表面磁場から電磁流体の平衡条件に基づいて数値的に再現された 3 次元太陽コロナ磁場に様々な擾乱を加えることで、如何なる場合に太陽コロナ磁場が不安定化してフレアが発生するかをシミュレーションによって調べた。その結果、磁場のねじれ（magnetic twist）の比較的大きな領域に特定の幾何学的条件を満たす磁場の乱れが加えられた場合に、フレア爆発が発生することを確認した（図 11）。また、その爆発の原因となる不安定性（ダブルアーク不安定性）を数値的に特定すると共に、その不安定性の臨界パラメー
タκを見出した。さらに、κパラメータが実際のフレア発生予測に利用可能であることを検証する
ため、異なる 200 活動領域の 3 次元コロナ磁場の数値計算を実施し、3 次元コロナ磁場データベースを構築した。
太陽表面の磁場の擾乱が大規模な爆発を引き起こす過程を精密に理解するため、多層格子法を用いた太陽面爆発のシミュレーションを開発した。太陽面爆発は、活動領域の局所的な領域に現れるプラズマや磁場の擾乱が重要な担い手になると観測からも示唆されており、それらを正確に捉えるため、活動領域の中心に細かい解像度を割り当て、活動領域から遠ざかるにつれて荒くなるような
格子点配置を設定した(図 12(a))。この図のように、活動領域の中心に細かい格子を配置すること
で、太陽表面爆発のエネルギー源として考えられているねじれた磁力線の塊「磁気フラックスチューブ」も高解像度で分解できる。図 12(b)に計算結果を示す。2015 年に出現した太陽活動領域 NOAA
Active Region 12371 で観測された磁場の噴出現象を、本計算コードで再現した。今後は、領域をさらに拡大することで、噴出した磁場を長い時間追跡し、コロナ質量放出への成長過程を明らかにする。また、太陽コロナ底部をさらに細かく分解することで、噴出にともなって形成される電流シートのダイナミクスも明らかにする。

21

図 11：ひので衛星による太陽面観測データに基づく太陽フレア爆発のデータ駆動型シミュレーション。太陽活動領域の磁力線が太陽表面の変化によって不安定化し、上昇する過程。黄色線は磁気再結合により不安定化した磁力線。ピンクと青は不安定化領域の周辺にある磁力線である。赤色の領域は不安定化の原因となる電流密度の高い領域を示す。各右上の数字は規格化された計算開始からの時間(t)を表す。

22

図 12：(a) 計算で用いた初期条件。線が磁力線を表しており、色は電流の値である。背景は視線方向の磁場成分を表している。
(b) 噴出する磁場構造。線は磁力線で、背景は視線方向の磁場成分である。

23

(3) 地球磁気圏と人工衛星環境のシミュレーション
地球磁気圏の太陽風の変化による複雑な変動過程を詳細に調べるため、ポスト「京」による大規模並列計算を高い並列化効率で行うための通信スレッド(Halo スレッド）を導入したグローバル電
磁流体シミュレーションの実験を行い、高並列環境においても、並列化効率を高く維持できることを確認し(図 13）、大規模並列計算の準備を整えた。さらに、こうした大規模並列計算モデルを用いて、10 億～100 億個のプラズマ粒子と電磁場の時間発展を解くミクロスケール粒子シミュレーショ
ンに入力し、１秒以下の時間スケールで変動する非線形波動（コーラス放射）の発生と相対論的電子加速を再現する流体・粒子混成計算を実現した。それによって、現実のパラメータで磁気圏内の放射線帯電子の加速に重要な役割りを果たすコーラス放射の発生をシミュレーションで再現した。
高エネルギー電子の数密度と温度異方性がコーラス放射の発生過程に及ぼす影響について着目したサーベイ計算を、広範なパラメータ範囲で実施して、コーラス放射の発生条件に関わる閾値の存在を明らかにした(図 14）。さらに、プラズマ波動の励起により変動する電磁環境における衛星帯電のシミュレーションを実施することで、実際の衛星に障害を与える時間変動宇宙環境の理解に貢献した。また、複雑な実際の衛星の帯電計算を、ポスト「京」を用いて実現するため、高効率分散メモ
リ並列とワイド SIMD 演算器の有効活用を同時に実現する高性能並列化計算アルゴリズムの開発を
進めた。

24

図 13：FX10 における Halo スレッドを導入した電磁流体シミュレーションの weak/strong scaling での
計算性能。

25

図 14：コーラス放射の発生条件に関するサーベイ計算のサマリー。コーラス放射の発生した条件を赤丸、明瞭なコーラス放射の発生が確認できなかった条件を白丸で示す。非線形理論に基づくコーラス放射の閾値、線形理論に基づくコーラス放射の原因と考えられる不安定性の成長率をそれぞれ実線と破線で示している。縦軸 Nh は高エネルギー電子の密度、横軸 AT は温度の異方性を示すパラメータである。

26

４－２－４．サブ課題 D「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」
平成 29 年度において、サブ課題 D では星間有機分子生成の大規模な第一原理分子動力学計算に向けたコード整備と予備計算、特にアミノ酸生成経路、有機分子の光解離反応、ダスト表面上でのラジカル反応についての解析を行った。また、原始惑星系円盤中のダスト粒子の衝突付着成長シミュレーションのためのコード開発・効率化を行った(４－１．実施計画④⑬⑭に対応)。
(I) 星間有機分子生成の大規模な第一原理分子動力学計算
・

非ラジカル反応によるアミノ酸生成経路の解析
地球外環境下でのアミノ酸生成は様々な反応経路が提唱されているが、我々は、アミノアセト
ニトリルからヒダントインが生成し(Bücherer-Bergs 反応)、ヒダントインが加水分解されてグリシンが生成する反応経路を、密度汎関数法（DFT）を用いて解析した。アミノアセトニトリ
ルは星間雲で観測されており、また、ヒダントインも隕石から検出されているなど、ともに宇宙化学において重要な有機分子である(図 15)。各反応ステップの反応障壁を計算して反応機構の詳細を明らかにし、触媒となる水分子の重要性を示した。しかし、反応障壁が高いことから、この反応が起こり得る環境として、隕石中など高温環境が考えられる。本研究の成果はChem. Phys. Lett.に発表した(Kayanuma et al. 2017)。
・

ラジカル反応によるアミノ酸生成経路の解析
グリシンが生成する別の機構として、星間分子である CH3OH、HCN、NH3 のラジカル反応による生成経路が提案されている。その中から、NH + CH2COOH、NH2CH2 + COOH、NH2CH2CO + OH の 3 つの反応経路について DFT 法を用いて解析した。その結果、反応障壁が低い(≦ 7.75 kJ/mol）
2 つの反応経路を明らかにし、星間空間のように低温環境においてもグリシン生成が起こり得ることを示した。本研究の成果を Mol. Astrophys.に発表した(Sato et al. 2018)。

・

有機分子の光解離反応によるラジカル生成機構の解析
宇宙環境下においてラジカルが生成する主な反応機構の一つに、紫外線による光解離反応がある。本研究では、星間空間において重要な有機分子の一つであるメタノール(CH3OH)の気相中での光解離反応の機構を明らかにするため、時間依存 DFT(TD-DFT)により、励起状態ダイナミク
スシミュレーションを行った。実験的に、水素原子が解離する場合(図 16)、気相中では、C-H結合の解離よりも O-H 結合の解離の方が起こり易いことが報告されているが、その理由として
電子励起状態が重要であることを示した。本サブ課題で実施したダイナミクスシミュレーショ
ン及び結合解離に伴うエネルギー変化の解析から、電子励起状態においては O-H 結合が解離しやすい一方、電子基底状態においては C-H 結合の方が解離しやすいことが示された。すなわ
ち、実験で観測されている分岐比は、電子励起状態において解離が起こる割合が多いと考える
ことで説明できることが明らかになった。

・ダスト表面上でのラジカル反応の解析
ダスト表面上でのラジカル反応により生成した分子が気相中に放出される機構に関して
chemical desorption が提案されている。この機構を解析する為、シンプルな表面モデルとし
27

てグラフェンを用い、HCO と H から CO + H2 または CH2O が生成する反応について
Car-Parrinello dynamics シミュレーションを行った(図 17)。これには CPMD という材料研究の大規模シミュレーションに用いられているプログラムを利用した。その結果、表面に化学吸着している CHO が H 原子と反応する場合、CO + H2 または CHOH が生成するという結果が得られた。この反応で CO + H2 が生成する場合、CO は速やかにダスト表面から解離することが示された。

28

図 15：アミノアセトニトリル、ヒダントイン、グリシンの構造。

図 16：光照射によるメタノールからの水素原子の解離反応。

図 17：グラフェン表面における CHO と H の反応。

29

(II) 原始惑星系円盤中の微惑星形成過程解明のための数値シミュレーション
・

非圧縮ナヴィエ・ストークス方程式の直接数値計算(DNS)を用いてダスト粒子の運動を追跡し、ダスト粒子の衝突付着成長過程を理解するためのデータ解析を実施した。微惑星形成過程
において未解決である衝突破壊問題にターゲットを絞り、慣性の大きい岩石ダスト粒子が原始惑星系円盤のガス乱流の影響(乱流によるダスト粒子のクラスタリング; 図 18 参照）を受けどのように衝突付着しうるのか、衝突速度、衝突頻度、付着確率等の統計、および、それらのレイノルズ数(乱流の非線形性の強さ）依存性を数値シミュレーションによって調べた。その結果、粒子の制動時間(摩擦抵抗によって終端速度に達するまでの時間)が乱流中の慣性小領域の渦の時間スケールのオーダーにおいて、慣性の大きい岩石ダスト粒子の衝突付着確率は従来の理論に基づくものより高いことを明らかにした。なお、エネルギー保有渦の時間スケールを Tとしたとき、最小渦の時間スケールは〜T/Re1/2 で与えられ、慣性領域の渦の時間スケール tIR
は T> tIR >>である。また、ダスト粒子の慣性が大きいほど衝突付着に関する統計のレイノ
ルズ数依存性が弱いことを明らかにし、原始惑星系円盤の現実的な高レイノルズ数乱流中のダスト粒子の衝突付着成長の定量的な議論を可能にした(Ishihara et al. ApJ 854:81,2018)。

・

圧縮性乱流の高精度・高解像度な差分に基づく直接数値シミュレーションコードを開発し、計算結果のマッハ数(圧縮性の強さ）依存性を調べた。その結果、マッハ数が小さいときの結果（乱流場の統計と粒子の統計）が非圧縮性乱流の結果と無矛盾であることを確認し、マッハ数が小さいときは、場の密度揺らぎや速度の発散等に顕著な変化があっても慣性の大きい粒子の衝突統計に大きな変化が生じないことを明らかにした。

・

粒子の付着成長シミュレーションのコード開発を行い、そのコードの高効率化を行った。その結果、格子点数 20483 の非圧縮性乱流 DNS 中で 5123 個の岩石ダスト粒子の付着成長シミュレー
ションを実現した。得られたデータの解析により、乱流強度が強く粒子の限界付着速度が小さい(衝突破壊しやすい）状況においても、大きく付着成長する粒子が存在することを明らかにした。

30

図 18：乱流の直接数値計算(格子点数：20483,レイノルズ数：16100)によって得られた慣性粒子(左からSt=0.01, 0.06, 0.12, 0.24)のクラスタリング。St はストークス数(粒子の制動時間をエネルギー保有渦のタ
イムスケールで規格化したもの)。図は St の異なる粒子(赤)の同一スライス面内における分布を示している。
慣性粒子は St の値に応じてサイズの異なる渦から排出され、特徴的な長さスケールの異なるクラスタリングを形成することが分かる。

31

４－３．活動（研究会等）
開催行事
日時/場所
平成 29 年 5 月 22 日
幕張メッセ

活動名

参加者

JpGU-AGU Joint Meeting 2017 での企画セッ

口頭発表：11 件

ション「計算科学による惑星形成・進化・

ポスター発表：4 件

環境変動研究の新展開」

平成 29 年 6 月 26 日

重点課題 9 サブ課題 C と共同の

出席者：21 名

名古屋大学

ポスト「京」時代の天体形成シミュレーシ

TV 会議参加者：2 名

情報基盤センター

ョン研究会

平成 29 年 8 月 12 日

ポスト「京」萌芽的課題・計算惑星 アプリ

出席者：9 名神戸大学

ケーション開発状況共有ワークショップ

TV 会議参加者：9 名

平成 29 年 12 月 3 日～5 日

第 13 回最新の天文学の普及をめざすワーク

出席者：46 名

神戸大学統合研究拠点

ショップ「シミュレーション天文学」共催

課題からの講演者：3

惑星科学研究センター

コンベンションホール

名

平成 29 年 12 月 20 日

ポスト「京」萌芽的課題・計算惑星 調査研

出席者：6 名神戸大学

究・準備研究フェーズ成果報告会

TV 会議参加者：17 名

平成 30 年 3 月 9 日

CPS/WTK 惑星大気放射計算ミニワークショッ

出席者：16 名

神戸大学

プ共催

TV 会議参加者：3 名

平成 30 年 3 月 26 日

ポスト「京」萌芽的課題・計算惑星 第 2 回

出席者：24 名

神戸大学統合研究拠点

公開シンポジウム

TV 会議参加者：1 名

平成 30 年 3 月 28 日～29 日

CPS/WTK Mini-Workshop on Planetary

出席者：18 名

神戸大学

Atmospheres II 共催

TV 会議参加者：2 名

惑星科学研究センター

惑星科学研究センター

コンベンションホール

惑星科学研究センター
運営委員会
日時

会合名

参加人数

平成 29 年 4 月 24 日

第 4 回運営委員会

14 名

平成 29 年 6 月 22 日

第 5 回運営委員会

13 名

平成 29 年 9 月 4 日

第 6 回運営委員会

14 名

平成 29 年 12 月 20 日

第 7 回運営委員会

14 名

平成 30 年 2 月 2 日

第 8 回運営委員会

9名

32

４－４．実施体制
業

務

項

目

①サブ課題A「惑星の起源の

担

当

機

関

担

当

責

任

者

国立大学法人神戸大学

理学研究科教授 牧野 淳一郎

国立大学法人神戸大学

理学研究科教授 牧野 淳一郎

国立大学法人神戸大学

理学研究科教授 牧野 淳一郎

国立大学法人神戸大学

理学研究科教授 牧野 淳一郎

国立大学法人東京工業大学

地球生命研究所

解明」②サブ課題B「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」③サブ課題C「太陽活動による地球環境変動の解明」④サブ課題D「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」⑤サブ課題A全体の統括および惑星集積シミュレーション⑥星形成・原始惑星系円盤の

教授

井田 茂
国立大学法人大阪大学

理学研究科 助教 富田 賢吾

国立研究開発法人理化学研究所

計算科学研究機構FS2020プロジ

大規模シミュレーション⑦並列計算コード開発、サブ
課題間連携推進ェクトコデザイン推進チーム
チームリーダー 牧野 淳一郎⑧サブ課題B全体および「地国立大学法人神戸大学

理学研究科 教授 林 祥介

国立大学法人東京大学

総合文化研究科

球型惑星の気象・気候～火星
全球ダストストーム」の統括
推進⑨岩石惑星の火成活動～マン
トル対流系の三次元球殻モデ

准教授

小河 正基

リング統括推進⑩ガス惑星の全球気象学～深国立大学法人京都大学部対流から表層ジェット流ま数理解析研究所
竹広 真一

での統括推進33

准教授

⑪サブ課題C全体の統括およ

国立大学法人名古屋大学

び太陽フレアとその地球環境

宇宙地球環境研究所

教授

草野 完也

影響のシミュレーションの開発⑫太陽対流層の超大規模・長国立大学法人千葉大学

時間シミュレーション⑬サブ課題D全体の統括およ

理学研究院

特任助教

堀田 英之
国立大学法人筑波大学

び星間有機分子生成の大規模計算科学研究センターセンター長 梅村 雅之

な第一原理分子動力学計算の実施⑭原始太陽系におけるダスト

国立大学法人名古屋大学

成長過程の研究⑮プロジェクトの総合的推進

工学研究科

招へい教員（客員教授） 石原 卓
国立大学法人神戸大学

34

理学研究科教授 牧野 淳一郎

別添１
様式第２１
学 会 等 発 表 実 績
委託業務題目：「太陽系外惑星（第二の地球）の誕生と太陽系内惑星環境変動の解明（生命を育む惑星の起源・進化と惑星環境変動の解明）」
機関名： 国立大学法人神戸大学
１．学会等における口頭・ポスター発表
発表した成果（発表題目、口頭・ポスター発表の別）

発表者氏名

Yuto Katoh,
Electron-hybrid and MHD crossKeiichiro
reference simulations ofwhistler-mode chorus in planetary Fukazawa, andManabu Yagi
magnetospheres（口頭）発表した場所（学会等名）
Austria Center Viennna,
AUSTRIA（EGU General
Assembly 2017）

Kashimura, H., N.
Sugimoto, M.
Takagi, Y.
Matsuda, W.
Ohfuchi, T.
Planetary-scale streak structures
幕張メッセ（JpGU-AGU Joint
Enomoto, K.
produced in a high-resolution
Meeting 2017 - 日本地球惑星
Nakajima, M.
simulation of Venus atmosphere
Ishiwatari, T. M. 科学連合）（口頭、招待）Sato, G. L.
Hashimoto, T.
Satoh, Y. O.
Takahashi, andY.-Y. Hayashi
ポスト「京」萌芽的課題「生命を育幕張メッセ（JpGU-AGU Joint
む惑星の起源・進化と環境変動の解 牧野 淳一郎
Meeting 2017 - 日本地球惑星
明」の現況（口頭）
科学連合）「衝突破壊プロセスを入れたN体計算 小南 淳子、台坂 幕張メッセ（JpGU-AGU Joint
における原始惑星の動径方向移動」 博、牧野 淳一郎、 Meeting 2017 - 日本地球惑星
科学連合）
藤本 正樹
（口頭）
幕張メッセ（JpGU-AGU Joint
粘性率の応力履歴依存性を持つ流体宮腰 剛広、 小河
Meeting 2017 - 日本地球惑星の熱対流によるプレートテクトニク
正基、 亀山 真典
科学連合）
スの3次元シミュレーション（口頭）幕張メッセ（JpGU-AGU Joint
火成活動を伴うマントル対流シミュ
亀山 真典、 小河
Meeting 2017 - 日本地球惑星
レーションの試み: モデル形状の効
正基
科学連合）
果はいかほどか（口頭）幕張メッセ（JpGU-AGU Joint
対流する固体マントル中での軽い液 柳澤 孝寿、 亀山
Meeting 2017 - 日本地球惑星
相の分離様式（口頭）
真典、 小河 正基
科学連合）
樫村 博基、 八代
惑星大気シミュレーションの高解像 尚、 西澤 誠也、
幕張メッセ（JpGU-AGU Joint
度化に向けて：理想化実験における 富田 浩文、 中島
Meeting 2017 - 日本地球惑星
健介、 石渡 正
QBO的周期振動のモデル依存性（口科学連合）樹、 高橋 芳幸、頭）
林 祥介
Study of flare prediction based
幕張メッセ（JpGU-AGU Joint
草野 完也、伊集on the critical condition of
Meeting 2017 - 日本地球惑星
eruptive instability in the solar 朝哉
科学連合）
corona （口頭）
幕張メッセ（JpGU-AGU Joint
スーパーアースのマントル対流シ
宮腰 剛広、 亀山
Meeting 2017 - 日本地球惑星
ミュレーション：惑星サイズ依存性
真典、 小河 正基
科学連合）
（口頭）

別添１‐1

発表した時期国内・外の別2017年4月27日 国外

2017年5月20日 国内

2017年5月22日 国内

2017年5月22日 国内

2017年5月22日 国内

2017年5月22日 国内

2017年5月22日 国内

2017年5月22日 国内

2017年5月23日 国内

2017年5月25日 国内

Studies of Flare Prediction Basedon the Magnetohydrodynamic
Kanya Kusano
Simulation and the Nonlinear
Force-free Field Modeling ofSolar Activity （口頭）
マントル対流と地学現象（口頭）亀山 真典Role of near-surface layer in
global dynamo（口頭）H. Hotta

The Bell Harbor ConferenceCenter, Seattle, WA, USA（Hinode-11/IRIS-8 Science
Meeting）
名古屋大学（流れと澱みを語る会）
Eötvös University, Budapest,
HUNGARY （Flux Emergence
Workshop）

富田 賢吾、岩崎
名古屋大学（ポスト「京」時代
一成、高棹 真介、の天体形成シミュレーション研
奥住 聡、James M.
究会）
Stone
名古屋大学（ポスト「京」時代
大規模データの解析案：インヤン格
堀田 英之の天体形成シミュレーション研子の場合を例として（口頭）究会）
Studies of flare prediction in
Observatoire de Paris,
PSTEP: Toward the physics-based
Kanya Kusano
Meudon, FRANCE（FLARECAST
prediction （口頭）Science workshop）
深沢 圭一郎、森江
神戸大学（2017年ハイパフォー
HaloスレッドとHalo関数を用いたMHD
善之、曽我 武史、
マンスコンピューティングと計
シミュレーションの高効率並列化
高見 利也、南里
算科学シンポジウム）（口頭、査読有）
豪志
東京大学（JHPCN学際大規模情
超並列宇宙プラズマ粒子シミュレー
報基盤共同利用・共同研究拠点
三宅 洋平
ションの研究（口頭）第9回シンポジウム）
Athena++による磁気流体シミュレー
ション（口頭）“Theoretical study on thephotodissociation of methanol in
the interstellar medium”（ポスター）Strasbourg Convention +M. Kayanuma, M.
Exhibition Centre,
Shoji, Y. Aikawa,
Strasbourg, FRANCE（The 28th
M. Umemura, Y.
International Conference on
Shigeta
Photochemistry）

Development of High Resolution
Jovian Magnetospheric Simulation（ポスター）

Keiichiro
FUKAZAWA, Yuto
KATOH

Nonlinear Dynamics of an Eruptive
井上 諭
Flux Tube（口頭）Electron-hybrid and MHD crossYuto KATOH,
reference simulations of
Keiichiro
whistler-mode chorus in the inner
FUKAZAWA, Manabu
magnetosphere of Earth, Jupiter
YAGI
and Mercury（口頭・招待）
円盤進化・惑星形成研究の現状（口
頭）

井田 茂

「大規模N体計算で惑星を作る：サブ
課題A惑星形成のこれまでとこれか
小南 淳子
ら」（口頭）
Athena++の開発状況について（口
頭）

富田 賢吾

Suntec Singapore Convention& Exhibition Centre,
SINGAPORE（The 14th AOGSAnnual Meeting）
Suntec Singapore Convention& Exhibition Centre,
SINGAPORE（The 14th AOGSAnnual Meeting）
Suntec Singapore Convention& Exhibition Centre,
SINGAPORE（The 14th AOGSAnnual Meeting）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星アプリケーショ
ン開発状況共有ワークショッ
プ）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星アプリケーショ
ン開発状況共有ワークショッ
プ）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星アプリケーショ
ン開発状況共有ワークショッ
プ）

別添１‐2

2017年5月30日 国外

2017年6月3日 国内
2017年6月12日 国外

2017年6月26日 国内

2017年6月26日 国内

2017年6月27日 国外

2017年6月28日 国内

2017年7月14日 国内

2017年7月17日 国外

2017年8月8日 国外

2017年8月9日 国外

2017年8月10日 国外

2017年8月12日 国内

2017年8月12日 国内

2017年8月12日 国内神戸大学（ポスト「京」萌芽的
小河 正基、亀山
課題・計算惑星アプリケーショ
惑星内部ダイナミクスの3次元モデリ
真典、柳澤 剛広、ン開発状況共有ワークショッ
ング（口頭）
宮腰 孝寿
プ）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
岩石惑星のマントル対流3次元シミュ
課題・計算惑星アプリケーショ
レーションに関するあれ（現状）や 亀山 真典
ン開発状況共有ワークショッ
これ（課題）や（口頭）プ）樫村 博基、 八代尚、 西澤 誠也、 神戸大学（ポスト「京」萌芽的
三次元球面/球殻対流計算の科学: 惑
富田 浩文、 中島 課題・計算惑星アプリケーショ
星内部・ガス惑星・惑星大気へで実ン開発状況共有ワークショッ
健介、 石渡 正践（口頭）樹、 高橋 芳幸、 プ）
林 祥介
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
竹広 真一、 石岡
課題・計算惑星アプリケーショ
三次元球面/球殻対流計算モデルの構圭一、 佐々木 洋
ン開発状況共有ワークショッ
築: 現状と課題（口頭）平、 榎本 剛プ）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星アプリケーショ
ポスト京で太陽全体を取り扱うため
堀田 英之
ン開発状況共有ワークショッの取り組み（口頭）プ）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
地球磁気圏・衛星環境の超並列シ
課題・計算惑星アプリケーショ
ミュレーションに向けた高性能プラ 三宅 洋平
ン開発状況共有ワークショッ
ズマ計算コードの開発（口頭）プ）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星アプリケーショ
原始惑星系円盤乱流とダスト成長
梅村 雅之
ン開発状況共有ワークショッ（口頭）
プ）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星アプリケーショ
第一原理計算による星間分子の反応栢沼 愛
ン開発状況共有ワークショッ
機構の解明（口頭）プ）
Yohei Miyake,
The Montreal Convention
Numerical Modeling of Spacecraft
Takeshi Kiriyama,
Center, Montreal,CANADA
Potential Modulations due to
Yuto（32nd URSI General AssemblyTime-Varying Plasma Wave Fields
Katoh,Hideyuki
and Scientific Symposium）
（口頭）
Usui
The Cape Town International
Integrated Modeling Studies inConvention Centre, Cape
the Project for Solar-Terrestrial Kanya Kusano
Town, SOUTH AFRICA （IAPSOEnvironment Prediction （口頭）IAMAS-IAGA Joint Assembly）
千葉大学（磁気流体プラズマで太陽と音速抑制法と大規模計算（口堀田 英之
探る高エネルギー天体現象研究
頭）会）
東京理科大学（流体力学会年会
太陽のオーバーシュート層での小ス
堀田 英之
ケールダイナモについて（口頭）2017）
乱流中の微細渦構造と慣性粒子クラ櫻井 幹記、 小林 東京理科大学（流体力学会年会
スタリングの関係のDNSデータ解析
直樹、 石原 卓
2017）（口頭）
京都大学（The 8thInternational Symposium ofSpace–Earth Environmental
Advanced Energy Science ～Research as an Interdisciplinary 草野 完也
Interdisciplinary Approach
Science （口頭）to Zero-Emission Energy～）
神戸大学（STEシミュレーショ
ン研究会 -太陽地球惑星複合シ
惑星形成シミュレーションの現状と
牧野 淳一郎ステムのシミュレーション研究
将来(招待、口頭）-）
別添１‐3

2017年8月12日 国内

2017年8月12日 国内

2017年8月12日 国内

2017年8月12日 国内

2017年8月12日 国内

2017年8月12日 国内

2017年8月12日 国内

2017年8月12日 国内

2017年8月26日 国外

2017年8月29日 国外

2017年8月30日 国内
2017年8月31日 国内
2017年9月1日 国内

2017年9月5日 国内

2017年9月6日 国内神戸大学（STEシミュレーショ
三宅 洋平、 桐山
ン研究会 -太陽地球惑星複合シ
武士、 加藤 雄
ステムのシミュレーション研究
人、 臼井 英之-）
神戸大学（STEシミュレーショ
太陽磁気フラックスチューブの3次元ン研究会 -太陽地球惑星複合シ
構造・安定性その非線形ダイナミク 井上 諭
ステムのシミュレーション研究ス（口頭）-）神戸大学（STEシミュレーショ
ン研究会 -太陽地球惑星複合シ
金星大気循環の高解像度シミュレー
樫村 博基
ステムのシミュレーション研究
ション（口頭）-）神戸大学（STEシミュレーショ
メニーコア型スーパーコンピュータ 三宅 洋平、 寸村ン研究会 -太陽地球惑星複合シ
向け高効率Particle-in-Cell計算手 良樹、 木倉 佳
ステムのシミュレーション研究祐、 中島 浩法の開発（口頭）-）
惑星磁気圏におけるホイッスラー
自然科学研究機構核融合科学研
モード・コーラス放射発生過程につ 加藤 雄人
究所 （プラズマシミュレータ
いての計算機実験（口頭）シンポジウム2017）
岩崎 一成、富田北海道大学（日本天文学会2017
衝撃波圧縮による分子雲形成条件
賢吾、井上 剛志、
年秋季年会）（口頭）
犬塚 修一郎テイラープラウドマン状態を破る磁北海道大学（日本天文学会2017
堀田 英之
場の役割（口頭）
年秋季年会）
時間変動電場存在下でのプラズマ中
固体表面帯電現象の数値モデリング（口頭）

Performance Evaluation and
Optimization ofMagnetoHydroDynamic Simulation
for Planetary Magnetosphere with
Xeon Phi KNL（口頭、査読有）
原始惑星系円盤乱流場中のダスト粒子運動 ： 非圧縮性乱流と圧縮性乱流の比較（口頭）

Keiichiro
Fukazawa, Takeshi Savoia Hotel Regency,
Bologna, ITALY（Parallel
Soga,Takayuki
Computing Conference 2017）
Umeda, Takeshi
Nanri
櫻井幹記、 古谷眸、 小林直樹、
岡本直也、 石原卓、 白石賢二、
梅村雅之
濱端 航平、 石原卓、白石 賢二、
梅村 雅之

2017年9月7日 国内

2017年9月7日 国内

2017年9月7日 国内

2017年9月8日 国内

2017年9月8日 国内

2017年9月12日 国内
2017年9月12日 国内

2017年9月12日 国外

北海道大学（日本天文学会
2017年秋季年会）

2017年9月13日 国内

北海道大学（日本天文学会
2017年秋季年会）

2017年9月13日 国内樫村 博基

理化学研究所計算科学研究機構（The 120th AICS Cafe）

2017年9月13日 国内

Ogawa, Masaki

早稲田大学（SELENE Symposium
2017）

2017年9月14日 国内

Understanding and Predicting the
Kanya Kusano
Onset of Solar Eruptions （口頭）Chengdu, CHINA（1st AsiaPacific Conference on Plasma
Physics）

2017年9月19日 国外

熊本大学（The 55th Annual
Meeting of the BiophysicalSociety of Japan）

2017年9月19日 国内

乱流の直接数値計算を用いた原始惑星系円盤中の岩石ダストの衝突付着
成長シミュレーション （口頭）金星大気循環の高解像度シミュレー
ション（口頭）Magmatic redistribution of heatproducing elements and thethermochemical evolution of thelunar mantle （口頭）“Reaction mechanisms of ironcontaining proteins elucidated
using QM/MM calculations”（招待、口頭）M.Shoji,
S.Yamasaki,
M.Kayanuma,
Y.Shigeta

別添１‐4Kashimura, H., N.
Sugimoto, M.
Takagi, Y.
Matsuda, W.
Ohfuchi, T.
Radisson Blu Hotel Latvija,
Planetary-scale streak structures
Enomoto, K.
Riga, LATVIA（European
produced in a high-resolution
Nakajima, M.
Planetary Science Congress
simulation of Venus atmosphere
Ishiwatari, T. M.
2017）
（口頭）
Sato, G. L.
Hashimoto, T.
Satoh, Y. O.
Takahashi, andY.-Y. Hayashi

2017年9月19日 国外「星間空間におけるアミノ酸生成と光不斉化についての量子化学的探究」（招待講演、口頭）High resolution calculations ofsolar dynamo（口頭）

高速回転する薄い球殻内の熱対流により生成される表層縞帯状構造の消滅（ポスター）
地球型惑星最初期進化の惑星サイズ
依存性（口頭）庄司 光男

筑波大学（天体形成論～過去・現在・未来～）

2017年9月21日 国内

堀田 英之

The Alfried Krupp Institutefor Advanced Study,
Greifswald, GERMANY （MPPC
Meeting 19th）

2017年9月22日 国外

佐々木 洋平、 竹広 真一、 石岡 圭
大阪大学（惑星科学会2017年秋 2017年9月27日～
国内
一、 中島 健介、期講演会）
29日
石渡 正樹、 林 祥介
大阪大学（惑星科学会2017年秋
小河 正基
2017年9月29日 国内期講演会）

高解像度金星大気シミュレーションで再現された惑星規模のストリーク
構造（口頭）

樫村 博基、 杉本
憲彦、 高木 征弘、 松田 佳久、
大淵 済、 榎本剛、 中島 健介、 大阪大学（惑星科学会2017年秋
石渡 正樹、 佐藤 期講演会）
隆雄、 はしもと
じょーじ、 佐藤毅彦、 高橋 芳
幸、 林 祥介

2017年9月29日 国内

原始惑星系円盤乱流中の微惑星成長
過程の数値シミュレーション（ポス
ター）

石原 卓

計算科学研究センター25周年記
念シンポジウム「計算科学の発展と将来」

2017年10月11日 国内

Model dependence of a QBO-likeoscillation in a dry dynamicalcore experiment（口頭）Kashimura, H., H.
Yashiro, S.
京都大学（Joint SPARC
Nishizawa, H.
Dynamics & Observations
Tomita, K.
Workshop―QBOi, FISAPS &Nakajima, M.
Ishiwatari, Y. O. SATIO-TCS）
Takahashi, andY.-Y. Hayashi

深沢 圭一郎、 加
藤 雄人、 木村 智
Global MHD simulation of Jovian
京都大学宇治キャンパス（地球樹、 土屋 史紀、
magnetosphere for observations
電磁気・地球惑星圏学会 第142and micro scale simulations（ポス 村上 豪、 北 元、
回総会及び講演会）
垰 千尋、 村田 健
ター）
史

別添１‐5

2017年10月13日 国内

2017年10月16日 国内

Takehiro, S., Y.
Utah Valley Convention
Sasaki, K.
Center, Provo, UT, USA （TheIshioka, K.
49th Annual Divison for
Nakajima, M.
Ishiwatari, and Planetary Sciences Meeting）
Y.-Y. Hayashi
極域プラズマ観測衛星周辺の非対称 三宅 洋平, Miloch 京都大学宇治キャンパス（地球
電磁気・地球惑星圏学会 第142
Wojciech J.,
電位構造に関する粒子シミュレー
回総会及び講演会）
Pecseli Hans
ション（口頭）WorldHotel Grand Jiaxing
Hunan Hotel,Hunan, CHINA“An Enhanced Sampling Method for（22ndInternational Workshop
Searching Conformational Changes
Yasuteru Shigeta
on Quantum Systems inof Proteins and Supramolecules”
Chemistry, Physics and（招待講演、口頭）
Biology）
Disappearance of surface banded
structure produced by thermal
convection in a rapidly rotating
thin spherical shell（ポスター）

高速回転する薄い球殻内の熱対流により生成される表層縞帯状構造の消滅（口頭）
宇宙環境変動を考慮した衛星帯電シ
ミュレーション研究の現状と展望（口頭）佐々木 洋平、 竹広 真一、 石岡 圭 京都大学（第142回地球電磁一、 中島 健介、 気・地球惑星圏学会総会・講演
石渡 正樹、 林 祥 会）介
京都大学（地球電磁気・地球惑
三宅 洋平
星圏学会 第142回総会及び講演会）

M. Kayanuma, M.
Surface Hopping Simulation on the
Shoji, Y. Aikawa, つくば国際会議場（CPMD2017
Photodissociation of Methanol（ポWorkshop）
M. Umemura, Y.
スター）
Shigeta

高解像度金星大気シミュレーションで再現された惑星規模のストリーク
構造（口頭）

二相HIガスの圧縮による分子雲形成
過程（口頭）
太陽対流層の乱流と大規模流れ（口頭）樫村 博基、 杉本
憲彦、 高木 征弘、 松田 佳久、
大淵 済、 榎本京都大学（第142回地球電磁剛、 中島 健介、
気・地球惑星圏学会総会・講演
石渡 正樹、 佐藤会）
隆雄、 はしもと
じょーじ、 佐藤毅彦、 高橋 芳
幸、 林 祥介
国立天文台三鷹（ALMA
岩﨑一成、富田賢 Workshop 2017 "Star吾、井上剛志、犬 formation with ALMA:
Evolution from dense cores
塚修一郎
to protostars"）
北海道大学（日本気象学会2017堀田 英之
年度秋季大会）2017年10月16日 国外

2017年10月17日 国内

2017年10月17日 国外

2017年10月18日 国内

2017年10月19日 国内

2017年10月19日 国内

2017年10月19日 国内

2017年10月26日 国内

2017年10月30日 国内

高解像度金星大気シミュレーションで再現された惑星規模のストリーク
構造（口頭）

樫村 博基、 杉本
憲彦、 高木 征弘、 松田 佳久、
大淵 済、 榎本剛、 中島 健介、 北海道大学（日本気象学会2017
石渡 正樹、 佐藤 年度秋季大会）
隆雄、 はしもと
じょーじ、 佐藤毅彦、 高橋 芳
幸、 林 祥介

2017年10月30日 国内

高速回転する薄い球殻内の熱対流により生成される表層縞帯状構造の消滅（口頭）佐々木 洋平、 竹広 真一、 石岡 圭
北海道大学（日本気象学会2017
一、 中島 健介、
年度秋季大会）
石渡 正樹、 林 祥介

2017年10月30日 国内

別添１‐6

RBFを用いた球面螺旋節点上の浅水波
榎本 剛
モデル（口頭）樫村 博基、 八代尚、 西澤 誠也、
乾燥大気理想化実験におけるQBO的周 富田 浩文、 中島
健介、 石渡 正期振動のモデル依存性（口頭）樹、 高橋 芳幸、
林 祥介
太陽対流層の底から表面までの一貫した数値計算（ポスター）

堀田 英之

Studies for the prediction ofsolar flares and CMEs in ISEE and 草野 完也
PSTEP （口頭）北海道大学（日本気象学会2017
年度秋季大会）2017年10月30日 国内

北海道大学（日本気象学会2017
年度秋季大会）2017年11月2日 国内

コクヨホール（第4回「京」を中核とするHPCIシステム利用研
究課題 成果報告会）
名古屋大学（Korea-Japan
Space Weather Workshop
2017）
京都大学（The 4th AsiaPacific Solar Physics
Meeting）
京都大学（The 4th AsiaPacific Solar Physics
Meeting）

2017年11月2日 国内

2017年11月6日 国内

Recent development of solar
dynamo model（口頭）堀田 英之

Project for Solar-Terrestrial
Environment Prediction （PSTEP）
（口頭）

草野 完也

原始惑星系円盤の形成と初期進化
（口頭）

富田 賢吾

筑波大学（宇宙生命計算科学連携拠点第３回ワークショップ）2017年11月20日 国内

北澤 優也

筑波大学（宇宙生命計算科学連携拠点第3回ワークショップ）2017年11月20日 国内栢沼 愛

筑波大学（宇宙生命計算科学連携拠点第3回ワークショップ）2017年11月20日 国内「星間分子の円偏光吸収特性から探るアミノ酸ホモキラリティ起源」、
口頭「メタノールの光解離反応に対する第一原理シミュレーション」（口頭）
球面螺旋を用いた浅水波モデル（口頭）Athena++による大規模宇宙磁気流体
シミュレーション（口頭）
太陽磁気乱流シミュレーションの新展開（口頭）Development of Full-Multigrid
Gravity Solver for Athena++（口頭）

京都大学防災研究所（「様々な結合過程がもたらす異常気象の榎本 剛
実態とそのメカニズム」に関する研究集会）
富田 賢吾、James 姫路商工会議所（Plasma 2017
M. Stone
シンポジウム）姫路商工会議所（Plasma 2017
堀田 英之
シンポジウム）2017年11月8日 国内

2017年11月9日 国内

2017年11月20日 国内

2017年11月21日 国内
2017年11月21日 国内

国立天文台三鷹（CfCAユーザー
ズミーティング2017）2017年11月29日 国内

二相中性水素原子ガスの圧縮による分子雲形成過程（口頭）岩﨑 一成・富田
国立天文台三鷹（CfCAユーザー
賢吾・井上 剛志・
ズミーティング2017）
犬塚 修一郎2017年11月29日 国内

距離基底函数を用いた球面螺旋節点
上の浅水波モデル（口頭）榎本 剛

富山大学（第19回非静力学モデ
ルに関するワークショップ）2017年11月29日 国内

堀田英之

名古屋大学（Solar cycle 25
Prediciton Workshop）

2017年11月30日 国内

小南 淳子

神戸大学（最新の天文学の普及を目指すワークショップ）2017年12月1日 国内

How can 3D convection model
contribute to solar cycle
prediction?（口頭）シミュレーションで明らかにされつつある惑星形成過程（口頭）

富田 賢吾

別添１‐7

A New Approach to Modeling
Jupiter’s Magnetosphere（ポスター）

Effects of Electrostatic
Environment on Charged Particle
Transport near Lunar Holes（口頭）Study of Solar Flare Prediction
Based on the Critical Conditionof Double-Arc Instability （ポスター）
Evolution of the earliest mantle
caused by the magmatism-mantle
upwelling feedback: Implications
for the Moon and the Earth（口頭）Keiichiro
Fukazawa, Yuto
Katoh, Raymond J
Walker, Tomoki
Kimura, Fuminori
Tsuchiya, Go
Murakami, Hajime
Kita, Chihiro
Tao, Ken Takeshi
MurataNew Orleans Emest N Morial
Convention Center, New
Orleans, LA,USA（AGU Fall
Meeting 2017）

New Orleans Emest N Morial
Convention Center, New
Yohei Miyake,
Masaki N. Nishino Orleans, LA,USA（AGU Fall
Meeting 2017）
Kanya Kusano,
New Orleans Emest N Morial
Johan Muhamad,
Naoyuki Ishiguro, Convention Center, New
Tomoya Iju, Yuki Orleans, LA,USA（AGU Fall
Meeting 2017）
Asahi, Yuta
MizunoMasaki Ogawa

大規模惑星集積N体計算：これまでの小南 淳子
成果と今後の展開（口頭）New Orleans Emest N Morial
Convention Center, New
Orleans, LA,USA（AGU Fall
Meeting 2017）神戸大学ポスト「京」萌芽的課
題・計算惑星調査研究・準備研
究フェーズ成果報告会）
神戸大学ポスト「京」萌芽的課
題・計算惑星調査研究・準備研
究フェーズ成果報告会）
神戸大学ポスト「京」萌芽的課
題・計算惑星調査研究・準備研
究フェーズ成果報告会）
神戸大学ポスト「京」萌芽的課
題・計算惑星調査研究・準備研
究フェーズ成果報告会）
神戸大学ポスト「京」萌芽的課
題・計算惑星調査研究・準備研
究フェーズ成果報告会）
神戸大学ポスト「京」萌芽的課
題・計算惑星調査研究・準備研
究フェーズ成果報告会）
神戸大学ポスト「京」萌芽的課
題・計算惑星調査研究・準備研
究フェーズ成果報告会）
神戸大学ポスト「京」萌芽的課
題・計算惑星調査研究・準備研
究フェーズ成果報告会）
神戸大学ポスト「京」萌芽的課
題・計算惑星調査研究・準備研
究フェーズ成果報告会）

2017年12月13日 国外

2017年12月14日 国外

2017年12月14日 国外

2017年12月15日 国外

2017年12月20日 国内

Athena++による自己重力磁気流体シ
ミュレーション（口頭）富⽥ 賢吾

SCALE-GMによる火星大気シミュレー
ションに向けて：進捗と課題（口
頭）

樫村 博基

火成活動とプレートテクトニクスの
三次元モデリング：できた（口頭）亀山 真典

高解像度ガス惑星大気シミュレー
ションに向けて：スペクトル変換ライブラリ開発の進捗と課題（口頭）

竹広 真一

太陽対流層・太陽ダイナモ（口頭）堀田 英之

太陽嵐・磁気リコネクション（口
頭）

井上 諭

地球磁気圏（口頭）

深沢 圭一郎第一原理計算による星間分子の反応機構（口頭）

栢沼 愛

原始惑星系円盤乱流とダスト成長（口頭）石原 卓、濱端航 神戸大学（ポスト「京」萌芽的平、櫻井幹記、梅 課題・計算惑星 調査研究・準備研究フェーズ成果報告会）
村雅之

2017年12月20日 国内

太陽内部熱対流・ダイナモの最新理
論（口頭）

堀田 英之

東京大学（第30回理論懇シンポジウム）

2017年12月27日 国内

別添１‐8

2017年12月20日 国内

2017年12月20日 国内

2017年12月20日 国内

2017年12月20日 国内

2017年12月20日 国内

2017年12月20日 国内

2017年12月20日 国内

2017年12月20日 国内「星間空間アミノ酸合成中間体のキラリティーに関する理論解析」（口頭）

京都大学（第５回キラル研究会）

2018年2月17日 国内

EUVST時代のコロナ磁場モデリングと
井上 諭
系の不安定性評価（口頭）京都大学（太陽研連シンポジウ
ム「太陽研究の将来展望」）

2018年2月21日 国内

Predictability of the onset ofsolar eruptions （口頭）京都大学（太陽研連シンポジウ
ム「太陽研究の将来展望」）

2018年2月19日 国内

University of Florida,
Florida, FL,USA （59thSanibel Symposium）

2018年2月21日 国外

重田 育照

草野 完也

Y. Kitazawa, M.
“Theoretical study on the
Umemura, M.
alanine formation in interstellar
Shoji, M.
space and the origin of
Kayanuma, Y.
homochirality”（ポスター）
Shigeta
距離基底函数を用いた球面螺旋浅水波モデル（口頭）榎本 剛

活動領域12673の電磁流体力学モデリ 井上 諭、 Sungング（口頭）Hong、 Park京都大学防災研究所（平成29年度京都大学防災研究所研究発表講演会）
名古屋大学（PSTEP・ISEE研究
集会「太陽地球圏環境予測のためのモデル研究の展望」第2回）
東京大学（第2回計算科学フォーラム）

2018年2月21日 国内

2018年2月26日 国内

太陽内部熱対流と磁場生成のシミュ
レーション

堀田英之

ダブルアーク不安定性の臨界条件に基づく太陽フレア予測の試みについて （口頭）

草野 完也、Johan 名古屋大学（PSTEP・ISEE研究
Muhamad、石黒 直 集会「太陽地球圏環境予測のた
行、伊集 朝哉、井 めのモデル研究の展望」第2
上 諭、伴場 由美 回）

2018年2月26日 国内

プラズマ環境時間変動を考慮した衛星帯電モデリングに関する考察（ポ
スター）

三宅 洋平

名古屋大学（PSTEP・ISEE研究
集会「太陽地球圏環境予測のためのモデル研究の展望」第2回）

2018年2月27日 国内

Simulation Development ofPlanetary Magnetosphere toward
Exascale Computing Era（ポスター）

K. Fukazawa, Y.
Kato, Y. Miyake
and T. Nanri

東北大学（Symposium on
Planetary Science 2018）2018年2月27日 国内亀山 真典、 山本
愛媛大学（第5回愛媛大学先進
真由美、 木下 美
超高圧科学研究拠点 （PRIUS）
布由、 中村 早
シンポジウム）貴、 村田 昌也
The Quinta da Marinha,
Simulation study of the nonlinear
Cascais, PORTUGAL（AGU
processes of whistler-mode chorus
Chapman Conference on
Yuto Katoh
generation in the Earth's innerParticle Dynamics in themagnetosphere（口頭、招待）
Earth's Radiation Belts）
スーパー地球のマントル対流シミュ
レーション: 物性変化と断熱圧縮との相互作用の重要性（ポスター）

Motion of inertial particles inhigh-Reynolds-number turbulence,
口頭（招待）

Solar Convection Simulation with
Reduced Speed of Sound Technique（口頭）
Simulation Studies on Mantle
Dynamics of Terrestrial Planets:
Theoretical Backgrounds, Tools
and Outcrops（口頭）Takashi Ishihara,
Naoki Kobayashi, 名古屋工業大学（NITech
Lectures on Turbulence and
Kei Enohata,
Masayuki Umemura, Cloud）
Kenji Shiraishi

堀田英之

亀山 真典

早稲田大学（SIAM conference
on Parallel Processing for
Scientific Computing）
早稲田大学（18th SIAM
Conference on Parallel
Processing for Scientific
Computing）

別添１‐9

2018年2月26日 国内

2018年2月27日 国内

2018年3月6日 国外

2018年3月8日 国内

2018年3月10日 国内

2018年3月10日 国外

新規分子構造探索アルゴリズム（GLAS法）の提案（口頭）

庄司 光男、常盤恭樹、山崎 笙太 東京大学（第７回日本生物物理朗、栢沼 愛、重田 学会関東支部会）
育照

星形成シミュレーションのこれまでとこれから（研究奨励賞受賞記念講 富田 賢吾
演）（口頭）「衝突破壊プロセスを入れたN体計算
における原始惑星の動径方向移動」 小南 淳子（口頭）
富田 賢吾、岩崎Development of Full-Multigrid
一成、J ames M.
Gravity Solver for Athena++（口Stone頭）岩﨑 一成、 富田
分子雲形成時に駆動される磁気乱流
賢吾、 井上 剛の性質、口頭志、 犬塚 修一郎
対流層の底から光球までを包括した
堀田 英之
三次元熱対流計算
月探査へのコメント（口頭）小河 正基

Numerical simulation of solar
global convection（口頭、招待）

堀田英之

太陽フレアの開始機構 （口頭）

草野 完也

Predictability of the onset ofsolar eruptions （口頭）草野 完也

Electron hybrid simulation of thewhistler-mode chorus generation
Yuto Katoh
in the Earth's innermagnetosphere（口頭）Effective MHD Simulation of
Global Planetary Magnetosphere
深沢 圭一郎with Various Supercomputer
Systems（口頭）「大規模惑星集積N体計算の現状と今
小南 淳子
後」（口頭）
ポスト京時代の太陽対流層計算（口
頭）

堀田 英之

太陽面爆発現象とその影響の理解と予測に向けたシミュレーション研究
（口頭）

草野 完也

原始惑星系円盤の大域的な構造と進化の理解に向けて（口頭）高棹 真介

星間空間における有機分子の生成・分解反応の第一原理計算（口頭）栢沼 愛

火星版SCALE-GMの開発：高解像度非静力学火星大気シミュレーションに 樫村 博基
向けて（口頭）火成活動とプレートテクトニクスの3次元モデリング：岩石惑星マントル
亀山 真典の熱化学進化の解明に向けて（口頭）2018年3月13日 国内

千葉大学（日本天文学会2018年
春季年会）

2018年3月15日 国内

千葉大学（日本天文学会2018年
春季年会）

2018年3月15日 国内

千葉大学（日本天文学会2018年
春季年会）

2018年3月16日 国内

千葉大学（日本天文学会2018年
春季年会）

2018年3月16日 国内

千葉大学（日本天文学会2018年
春季年会）
神戸大学（第3回 月火星着陸探
査シンポジウム）
東京大学（Asteroseismology
and its impact on otherbranches of astronomy）
名古屋大学（磁気圏ダイナミク
ス研究会）
名古屋大学（Fundamental
Aspects of Geophysical
Turbulence III）

2018年3月16日 国内
2018年3月16日 国内
2018年3月19日 国内
2018年3月19日 国内
2018年3月21日 国内

Polar Geophysical Institute,
Murmansk, RUSSIA（The 8thbiennial VERSIM Workshop）

2018年3月22日 国外

東北大学（27th Workshop on
Sustained Simulation
Performance）

2018年3月23日 国内

神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星 第二回公開シンポジウム）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星 第二回公開シンポジウム）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星 第二回公開シンポジウム）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星 第二回公開シンポジウム）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星 第二回公開シンポジウム）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星 第二回公開シンポジウム）
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星 第二回公開シンポジウム）

別添１‐102018年3月26日 国内

2018年3月26日 国内

2018年3月26日 国内

2018年3月26日 国内

2018年3月26日 国内

2018年3月26日 国内

2018年3月26日 国内

スペクトル変換ライブラリと回転球
殻非弾性対流モデルの開発：高解像度ガス惑星大気シミュレーションに向けて（口頭）竹広 真一

神戸大学（ポスト「京」萌芽的
課題・計算惑星 第二回公開シンポジウム）

2018年3月26日 国内

微惑星形成過程解明のための乱流中
ダストの衝突付着成長シミュレー
ション（口頭）石原 卓、濱端 航
神戸大学（ポスト「京」萌芽的
平、櫻井 幹記、日
課題・計算惑星 第2回 公開シ
比野 真彦、久野
ンポジウム）
僚介、梅村 雅之

2018年3月26日 国内

Development of a generalcirculation model for （shallow） Yoshiyuki O.
planetary atmospheres, DCPAM（口 Takahashi
頭）神戸大学（CPS/WTK MiniWorkshop on Planetary
Atmospheres II）

2018年3月28日 国内

Modeling of streak structure
observed by Akatsuki（口頭）Kashimura, H.

神戸大学（CPS/WTK MiniWorkshop on Planetary
Atmospheres II）

2018年3月29日 国内

掲載した論文（発表題目）

発表者氏名

発表した場所（学会誌・雑誌等発表した時期名）

Triggering Process of the X1.0
Three-ribbon Flare in the Great
Active Region NOAA 12192

Bamba, Y., Inoue,
The Astrophysical Journal,
S., Kusano, K., &Vol.838, No.2, pp134-149
Shiota, D.

Study on Precursor Activity of
the X1.6 Flare in the Great AR
12192 with SDO, IRIS, and Hinode

Non-Potential Field Formation in
X-Shaped Quadrupole Magnetic
Field Configuration

Bamba, Y., Lee,
The Astrophysical Journal,
K.-S., Imada, S.,
Vol.840, No.2, pp116-128
Kusano, K.
Muhamad, J.,
The Astrophysical Journal,
Kusano, K.,
Vol 842, No. 2, pp86-96
Inoue, S., &Shiota, D.
Kawabata, Y.,
The Astrophysical Journal,
Inoue, S., andVol. 842, No.2, pp106-120
Shimizu, T.

多相星間媒質の磁気流体力学

岩﨑一成

２．学会誌・雑誌等における論文掲載

Magnetohydrodynamic Simulationsfor Studying Solar Flare Trigger
Mechanism

日本流体利力学会学会誌「ながれ」Vol 36, No3, pp199-204

Solar overshoot region and smallThe Astrophysical Journal,
scale dynamo with realistic
H. Hotta
Vol.843, No. 1, pp52-63
energy flux
Double Arc Instability in the
Ishiguro, N.,
The Astrophysical Journal,
Solar Corona
Kusano, K.
Vol.843, No.2, pp101-108
Nakashima, H., Y. Proc. IEEE International
Large Scale Manycore-Aware PIC
Parallel & Distributed
Summura, K.
Simulation with Efficient
Processing Symposium, Year
Kikura, and Y.
Particle Binning
2017, pp202-212
MiyakeDarian, D, S.
Numerical Simulations of a
Marholm, J.J.P.
J. Geophys. Res. SpaceSounding Rocket in IonosphericPaulsson, Y.
Physics, Vol122, No.9,
Plasma: Effects of Magnetic Field
Miyake, H. Usui,
pp9603-9621
on the Wake Formation and Rocket
M. Mortensen, andPotential
W.J. Miloch
Spatial inhomogeneity of kinetic
The Astrophysical Journal,
and magnetic dissipations in
H. Hotta
Vol.845, No.2, pp164-171
thermal convection

別添１‐11

国内・外の別

2017年4月 国外

2017年5月 国外

2017年6月 国外

2017年6月 国外

2017年6月

国内

2017年7月 国外
2017年7月 国外

2017年7月 国外

2017年8月 国外

2017年8月 国外

Taylor problem and onset ofVekstein, G.and
plasmoid instability in the HallKusano, K.
magnetohydrodynamics
The effects of magmatic
redistribution of heat producing
elements on the lunar mantle
Ogawa, M.
evolution inferred from numericalmodels that start from various
initial states

Physics of Plasmas, Vol. 24,
No.10, id102116

2017年9月 国外

Planet. Space Sci., Vol.151,
pp43-55

2017年10月 国外

Improvement of solar-cycle
prediction: Plateau of solar
axial dipole moment

Iijima, H.;
Hotta, H.; Imada, Astronomy & Astrophysics,
S.; Kusano, K.; Vol.607, No.L2, pp1-4
Shiota, D.

2017年11月 国外

A theoretical study of theformation of glycine via
hydantoin intermediate in outerspace environment

M. Kayanuma, K.
Kidachi, M.
Shoji, Y.
Chem. Phys. Lett. 687, pp.
Komatsu, A. Sato,
178-183
Y. Shigeta, Y.
Aikawa, M.
Umemura2017年11月 国外

Supercontinent cycle andthermochemical structure in the
Kameyama, M. and Geosciences, Vol.274, pp23mantle: Inference from twoA. Harada
36
dimensional numerical simulationsof mantle convection

2017年12月 国外

Numerical experiments on thermal
convection of highly compressible
Kameyama, M. and Phys. Earth Planet. Inter,
fluids with variable viscosity
M. Yamamoto
Vol.274, pp23-36
and thermal conductivity:
Implications for mantle
convection of super-Earths
Inoue, Satoshi,
Formation and Dynamics of a Solar Kanya Kusano, Jö Nature Communications,rg Büchner, and Vol.9, id174
Eruptive Flux Tube
Jan Skála
Dependence of generation of
Katoh, Y., Y.
J. Geophys. Res. Space
whistler-mode chorus emissions on
Omura, Y. Miyake,Physics, Vol.123,
the temperature anisotropy and
H. Usui, and H.
No.2,pp1165-1177
density of energetic electrons in
Nakashima
the Earth's inner magnetosphere
Kimura, T., Y.
Hiraki, C. Tao,
F. Tsuchiya, P.
A. Delamere, K.
Yoshioka, G.
Response of Jupiter's Aurora to
Murakami, A.
Plasma Mass Loading Rate
Monitored by the Hisaki Satellite Yamazaki, H.
Kita, S. V.
During Volcanic Eruptions at Io
Badman, K.
Fukazawa, I.
Yoshikawa, M.
Fujimoto

J. Geophys. Res. Space
Physics, Vol.123, No.3,
pp1885-1899

別添１‐12

2018年1月 国外

2018年1月 国外

2018年1月 国外

2018年2月 国外

Dust Coagulation Regulated by
Turbulent Clustering inProtoplanetary Disks

Takashi Ishihara,
Naoki Kobayashi,
The AstrophysicalKei Enohata,
Journal,Vol. 854, No.2,
Masayuki Umemura,
pp.1-16and Kenji
Shiraishi
Journal of the
Meteorological Society ofJapan, Vol. 96, No.2, pp241249
平成29年度「異常気象と長期変動」研究集会報告, pp1-5

2018年2月 国外

A New Recurrence Formula for
Efficient Computation of
Spherical Harmonic Transform.

Ishioka, K.

球面螺旋を用いた浅水波モデル

榎本 剛

Evaluation of Applicability of a
Flare Trigger Model Based on a
Comparison of Geometric
Structures

The Astrophysical Journal,
Bamba, Yumi, andVol.856, Issue 1, article id
Kanya Kusano
43-53

2018年3月 国外

A. Sato, Y.
Kitazawa, T.
Ochi, M.o Shoji,First-principle study of theMol. Astrophys, Vol. 10, pp
Y. Komatsu, M.
formation of glycine-producing
11-19
radicals from common interstellar Kayanuma, Y.
Aikawa, M.
species
Umemura, Y.
Shigeta

2018年3月 国外

別添１‐132018年3月 国内

2018年3月 国内

別添 2「太陽系外惑星(第二の地球)の誕生と太陽系内惑星環境変動の解明（生命を育む惑星の起源・進化と惑星環境変動の解明）」
実施計画

平成 30 年 3 月 26 日
国立大学法人神戸大学
理学研究科 教授 牧野 淳一郎

更新履歴

第 1 版 平成 28 年 11 月 30 日
第 2 版 平成 28 年 12 月 16 日
「目標・期待される成果」について加筆
第 3 版 平成 29 年 5 月 29 日
必要計算資源量の記載を修正
第 4 版 平成 29 年 12 月 22 日
中間評価結果を踏まえて内容を更新 (「４．中間評価における指摘事項への対応状況」を加筆)
必要計算資源量の記載を修正
第 4a 版 平成 30 年 1 月 22 日
第 4 版における更新・加筆箇所を赤字で記載
第 5 版 平成 30 年 2 月 2 日
平成 30 年度の「京」の計算資源量の記載を修正 (P.10)
サブ課題 D の分担機関に岡山大学を追加 (P.10、19、21)
第 5 版における更新・加筆箇所は青字で記載
第 6 版 平成 30 年 3 月 26 日
別紙の平成 30 年度の所要経費を修正し青字で記載

目次
１．実施概要 ..........................................................................................................................................1（１）目的・意義 .................................................................................................................................1（２）研究開発内容 ..............................................................................................................................1（３）目標・期待される成果 ...............................................................................................................2（４）周辺領域への波及効果、課題全体における計算科学やシミュレーションの位置づけ ...............3（５）年次計画 .....................................................................................................................................5（６）実施体制 ...................................................................................................................................10（７）必要計算資源 ............................................................................................................................10
２．研究開発内容詳細 .......................................................................................................................... 11
２－１．サブ課題Ａ．「惑星の起源の解明」 ...................................................................................... 11（１）目的・意義 ............................................................................................................................... 11（２）実施内容 ................................................................................................................................... 11（３）目標・期待される成果 ............................................................................................................. 11（４）「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと ...........................................12（５）実施体制 ...................................................................................................................................13
２－２．サブ課題Ｂ．「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」 ......................................................13（１）目的・意義 ...............................................................................................................................13（２）実施内容 ...................................................................................................................................13（３）目標・期待される成果 .............................................................................................................14（４）「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと ...........................................15（５）実施体制 ...................................................................................................................................16
２－３．サブ課題Ｃ．「太陽活動による地球環境変動の解明」..........................................................16（１）目的・意義 ...............................................................................................................................16（２）実施内容 ...................................................................................................................................17（３）目標・期待される成果 .............................................................................................................17（４）「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと ...........................................18（５）実施体制 ...................................................................................................................................18
２－４．サブ課題Ｄ．「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」 ........................................19（１）目的・意義 ...............................................................................................................................19（２）実施内容 ...................................................................................................................................19（３）目標・期待される成果 .............................................................................................................19（４）「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと ...........................................20（５）実施体制 ...................................................................................................................................20
３．採択時の留意事項への対応状況 ....................................................................................................22
３－１．ポスト京利用に向けて、計算の大規模化等の利用準備の具体的なシナリオを明確にすること............................................................................................................................................................22i３－２．必要に応じて、計算機、アプリケーションの専門家の参画を検討すること ........................23
３－３．重点課題９「宇宙の基本法則と進化の解明」との役割分担を明確にすること ....................23
４．中間評価における指摘事項への対応状況 ......................................................................................24
４－１．目標の明確化について ..........................................................................................................24
４－２．成果発表について .................................................................................................................27
４－３．ポスト「京」での具体的な目標について .............................................................................28
４－４．サブ課題間の連携等について ...............................................................................................31ii

１．実施概要
地球がどのように生まれ、どのようにして生命を育む惑星に進化したか、さらには現在及び将来の地球・太陽・太陽系の進化が人類社会にどのような影響を及ぼしうるかを解明するため、惑星科学・
地球科学・宇宙化学/宇宙生物学分野のシミュレーション研究者が結集し、太陽のような星とそれが持つ惑星系の起源から形成された惑星の構造の進化、大気や表面の水圏の形成・進化、太陽活動の変化
やその惑星表層への影響といった、実験では実現不可能な現象を大規模計算によるシミュレーションを使って研究し、国内外で進められている様々な観測・探査プロジェクトと連携して、惑星の起源・
進化と惑星環境変動の解明を目指す。
（１）目的・意義
計算機の性能向上を生かし、惑星科学研究ではまだ部分的なものにとどまっている大規模シミュレーションによる理解を推進し、国内外で進められている様々な観測・探査プロジェクトと連携して、惑星の起源・進化と惑星環境変動の解明を目指す。
本提案は、ポスト「京」の計算能力を生かした大規模シミュレーションと、近年急速に発展した星形成過程、惑星形成過程、系外惑星の観測、また太陽系内探査の成果を統合することで、惑星の起源・
進化と惑星環境変動の解明することを目標とするものである。星形成・惑星形成過程の研究は我が国が大きな貢献をしている ALMA 望遠鏡の重要目標であり、系外惑星研究もすばる望遠鏡他国内・国外の観測施設で多くの研究者が取り組んでいる。さらに太陽系内探査は JAXA において「あかつき」
・「はやぶさ 2」を始めとして多くの計画が実行中・準備中である。これらの観測や探査から得られる
詳細なデータは、しかし、多くの場合進化のプロセスの一瞬を切り出したものであり、進化プロセスの全貌を理解することは理論やシミュレーションによって観測・探査の結果を再現することで初めて可能になる。また、観測や探査の結果は詳細かつ複雑なものとなってきており、大規模・高精度な数値シミュレーションによって初めてその理解が可能になる。本提案は、このように、国内外で進められている様々な観測・探査プロジェクトと連携し、宇宙科学・惑星科学の重要課題の解決に貢献することで、我が国の科学的課題の解決に貢献し、国際的地位の向上に貢献する。
また、本提案は単に既存・進行中の探査計画と連携するだけでなく、将来の我が国の惑星探査計画
が依って立つ土台となるという点で国家的見地から意義の高いものである。従来の惑星探査は欧米の主導のもとに行われてきた。このような状況を打開し、科学的価値の高い惑星探査を行うためには、
惑星内部進化に対する独自の統一的視点を確立することが必須である。本提案はそのような独創的な視点を確立するためのものである。
太陽周期活動とその変動機構はガリレオ以来の近代天文学の歴史的課題である。太陽対流層の複雑な乱流を再現することがこれまで困難であったため、その謎を解くことができなかった。しかし、「京」を駆使した我々の研究（Hotta et al. 2016, Science 参照）によって、ポスト「京」の計算能力を駆使すれば、この歴史的難問を初めて解くことが可能であることが強く示されている。さらに、太陽活
動は地球環境変動や様々な社会インフラに大きな影響を与えることが指摘されており、その活動を予測することは科学的理解のみならず社会と経済に大きな貢献をするものである。
（２）研究開発内容
惑星科学・地球科学・宇宙化学/宇宙生物学分野のシミュレーション研究者が結集し、惑星系の起源、

別添 2‐1惑星の構造、大気や表面の水圏の進化、太陽活動の変化やその惑星表層への影響といった、実験では実現不可能な現象の大規模数値シミュレーションによる研究を可能にする計算アルゴリズム・計算コードを開発する。開発した計算コードを使い、ポスト「京」による大規模シミュレーションを実施し、惑星の起源・進化と惑星環境変動を解明する。
（３）目標・期待される成果
目標：
星形成・原始惑星系円盤形成から微惑星、原始惑星、最終的な惑星形成にいたるまでの過程を融合した大規模計算を行い、太陽系の探査や系外惑星、星周円盤の観測データと比較することで、惑星の形成過程を明らかにする。様々なサイズの地球型惑星の内部進化と表層進化を統一的に理解する事を最終目的とし、地球型惑星の気候、内部進化、ガス惑星の内部進化を明らかにする。太陽磁場の起源である太陽対流圏の第一原理的シミュレーションにより黒点、太陽活動の長期変動の起源を明らかにし、さらに磁場からの太陽フレア、太陽風、その惑星間空間での伝搬、地球磁気圏との相互作用までを多階層シミュレーションにより統一的に明らかにする。惑星間ダスト上の分子生成の量子化学計算
により、太陽系における物質進化を探求する。
アウトプット成果
・平成 29 年度終了時：
大域的な惑星形成計算を現在の 2 桁上の 1 億粒子で実現する。火成活動、ガス惑星、惑星大気の高解像計算を試行、実現する。太陽対流層・表面連結計算を実行し、大規模黒点の出現の再現、フレア再現シミュレーションの初期データとなるデータベースを構築する。氷ダスト上の網羅的解析を行い、ダスト表面反応の影響、温度などの環境効果、紫外線や宇宙線などの強い外場の影響の解明、また、
原始惑星系円盤乱流中のダストの成長過程を非圧縮流体計算により探求する。
・本格実施フェーズ終了時：
現在の 3 桁上の 10 億粒子での惑星形成の多体計算を実現し、星間ダストから惑星までの集積過程
を統一的に計算可能にする。火星大気全球高解像度計算、月の熱史・火成活動史の計算、ガス惑星の高分解能の計算を可能にする。太陽対流圏の磁場形成過程を再現すると共に、太陽フレアの発生条件となる磁場構造を明らかにし、地球磁気圏環境の変動のシミュレーションを可能にする。励起状態量
子化学計算の大規模並列化・チューニングを行い、ポスト京での大規模計算を可能にする。
・ポスト「京」運用開始５年後：
1-10 億粒子規模の惑星形成の数値シミュレーションを多数実行し、惑星形成モデルを構築し、観測されている系外惑星系の多様性の起源を明らかにする。大規模計算から火星の全球ダストストーム発
生の謎に迫り、月の熱史・火成活動史への予言、ガス惑星の帯状流形成モデルの提案を行う。太陽表面を含んだ太陽対流層の計算を行い、黒点の自発的形成過程を明らかにする。磁気嵐における人工衛星の帯電過程を衛星の形状や表面素材の影響を正確に取り入れて再現する。原始太陽系における有機分子生成の第一原理計算を世界に先駆けて実現する。

別添 2‐2

アウトカム成果
・ポスト「京」運用開始５年後：
円盤と系外惑星の観測データを整合的に説明する一般的惑星形成モデルを完成させる。月の熱史・
火成活動史を予言し、更なる探査計画を提案する。ガス惑星の深部循環と表層循環とを統合した帯状流形成モデルの可能性を提案する。小規模対流、ダストデビルから大循環に至る火星大気運動を表現
し、全球ダストストーム発生の謎に迫る。黒点の起源に迫り、太陽周期に関する知見を得る。観測データに基づくフレアの再現を行い、その発生予測に貢献する。磁気嵐における衛星帯電の原因を明らかにする。宇宙における分子進化予測手法を確立し、また、原始太陽系におけるダスト成長と有機分子生成過程の関係を明らかにする。
・ポスト「京」運用開始１０年後：
地上超大型望遠鏡による、系外惑星系のハビタブル・ゾーンに存在する地球型惑星の大気観測や生命存在を示すバイオマーカー観測の議論に繋げる。地球型惑星の進化計算やガス惑星の構造進化計算に迫る。地球型惑星大気の対流と大循環の多様性に迫る高解像度計算を実現する。太陽活動の予測可能性を高める。太陽フレアの発生とその影響としての衛星帯電を動的に予測する。今後 ALMA 望遠鏡
等により直接検出される可能性のある、系外惑星系の有機分子生成過程・太陽系以外での生命の発生の可能性を探究する。
（４）周辺領域への波及効果、課題全体における計算科学やシミュレーションの位置づけ
惑星科学、特に観測は飛躍的に進歩した。観測からの膨大なデータを整合的に解釈・理解するためには、第一原理からの信頼できる理論シミュレーションが必須となっている。一方、従来の惑星形成
過程・星形成過程のシミュレーションは、あるシナリオからその一部を切り出すもので、現実の惑星の多様性を理解するには不足だった。ポスト「京」が可能にする大規模計算は、特定のシナリオによらない惑星形成・進化シミュレーションを実現し、観測の理解に大きく貢献する。また、惑星大気の理解にも大きく貢献する。太陽活動の理解については、「京」を使って太陽の対流圏の全球高解像度計
算に世界に先駆けて成功し、国際的にも注目される成果をあげている。是非ともこの成果を発展させ、
観測プロジェクトと連携し、太陽活動の変動の理解につなげていく必要がある。アストロバイオロジーに対して、理論的理解の枠組みを与えるため、本課題では、ダストの表面上での有機分子反応の第一原理計算から、有機分子の起源に迫る。
世界を先導する科学的ブレークスルーとして期待できる成果には、以下があげられる。


世界に先駆けて星形成から惑星形成にいたる過程の、シミュレーションにベースをおいた、確実な理解を構築することで、観測・探査の結果と合わせ、惑星の起源・多様性の統一的な理解
につながる



地球を含む惑星の形成後の内部構造の進化を大規模な 3 次元計算に基づいて初めて明らかにすることで、惑星進化の一般理論を構築する。さらに、大気の構造・運動についても明らかにする

世界に先駆けて太陽活動の、黒点の 11 年周期の変動を含む長期変動のメカニズムを解明し、さ別添 2‐3

らに太陽フレアの発生メカニズムを解明し、その地球までの伝搬のシミュレーションを行う


原始惑星円盤内のダスト上での物質の化学進化を大規模な量子化学計算に基づいて初めて明らかにし、生命の起源を含む有機分子の形成過程を解明する

科学的ブレークスルーを生み出す上で、観測研究者との連携が重要になる。本課題を通じて、サブ
課題ごとに以下のような連携体制構築を計画している。


サブ課題Ａにおいては、系外惑星探査の様々なプロジェクトと共同していく。サブ課題Ａの拠点である東工大 ELSI はそのような連携のハブとなっており、そのネットワークを通して連携
していく。



サブ課題Ｂにおいては、JAXA の探査プロジェクトとの連携を進めていく。サブ課題Ｂの拠点である 神戸大 CPS は JAXA との連携協定のもと惑星探査について密接な協力関係にあり、それを通じた連携を進める。



サブ課題Ｃにおいては、最高精度で太陽表面を観測できる「ひので」衛星、打ち上げが予定されている地球放射線帯を最も精密に測定する ERG 衛星などの精密データに基づくデータ駆動型
シミュレーションを、ポスト「京」を利用することにより初めて実現し、太陽活動の影響予測を実現する。



サブ課題Ｄ においては、「はやぶさ 2」「たんぽぽ計画」等と連携していく。



また、課題全体としては、理研 AICS のフラッグシップ 2020 プロジェクト及び研究部門と密接な連携をとり、アプリケーションの開発を推測していく。

各サブ課題において、「京」の能力を大幅に超える計算能力を必要としている。サブ課題Ａにおいては、「京」で可能になった数十万粒子から自由度を 3 桁以上飛躍的に引き上げることを計画しており、これはアルゴリズムの改善とポスト「京」の計算能力をあわせて初めて可能になる。サブ課題Ｂでは、
理研 AICS で開発されている気候シミュレーションコード NICAM を利用し、高い効率での大規模計算を実現する。サブ課題Ｃでは、亜音速流に対して従来使われてきた非圧縮近似ではなく、音速抑制法による陽解法を実現したことで、「京」で従来の最大規模の計算を格子点数で 2 桁以上上回り、実行
効率でも 24%と高い効率を実現した。ポスト「京」でもさらにアルゴリズムの改良を進め、高い効率を実現する。サブ課題Ｄでも、同様に計算も効率化をはかる。

別添 2‐4

（５）年次計画

本課題に関するアプリケーション開発・研究について、開発計画 (研究開発内容、目標・期待される成果、実施体制、必要計算資源、工程表、所要経費等) の詳細の策定を再委託先の各サブ課題代
表機関・分担機関と共同で行う。また、策定した開発計画の実現可能性を調査するとともに、実施
中間目標（平成29年度）

体制構築の着手・研究等を進める。課題全体の連携を密にし、これによってサイエンスと問題解決の手法の両面で相互に協力しながら研究を推進する。理研 AICS とも連携し、ポスト「京」向けの課題全体

アプリケーションの開発・最適化を行う。
調査研究・準備研究フェーズで策定した研究開発計画に基づいて、惑星科学・地球科学・宇宙化学/宇宙生物学分野において大規模数値シミュレーションによる研究を可能にする計算アルゴリズ
最終目標（平成31年度） ム・計算コードを開発する。開発した計算コードを使い、ポスト「京」による大規模シミュレーシ

ョンを実施し、惑星の起源・進化と惑星環境変動の解明へ向けた研究を行う。プロジェクトで得られた成果については積極的に公表し、今後の展開に資する。

別添 2‐5

サブ課題名（分担機関・責任者）

サブ課題Ａ
惑星の起源の解明（東京工業大学・井田茂）

調査研究・準備研究フェーズ

本格実施フェーズ

平成28年度

平成29年度

平成30年度

平成31年度(目標)
観測データを精査しながら、
星・惑星形成過程の現状を理解し、研究計画策
定する(目標)
星・惑星形成の高速シミュレーションコードを開発し、最適化を進める。

(目標)
高精度の星形成
シミュレーションと大粒子数の惑星形成シミュレーションコードを実施する。

(目標)
星形成過程と同時進行させながら、星間ダストから惑星までの集積過程を統一的に計算し、観測されている系
外惑星系の多様性の起源を明らかにする。

(実施内容)
研究体制構築をすすめ、京での成果を踏まえて、ポスト「京」で目指す、具体的科学
目標を設定する。

(実施内容)
重力N体計算コード、非理想磁
気流体コードの開発を進める。
また、「京」を用いて、コードの最適化を進める。

(実施内容)
大域的重力N体
シミュレーションおよび非理想磁気流体シミュレーションを実行する。また、
観測データとの比較検討を始める。

(実施内容)
大域的重力N体
シミュレーションおよび非理想磁気流体シミュレーションを実行する。また、
観測データとの比較検討を進行する。

別添 2‐6

サブ課題Ｂ
惑星内部・表層のダイナミクスと進化（神戸大学・林祥介）(目標)
球殻領域での高分解能大規模流体計算の可能性を検討し、岩石惑星モデル、惑
星大気モデル、
ガス惑星モデルの実装計画を策定し、「京」上
での試験計算を実現する。

(目標)
岩石惑星モデル、惑星大気モ
デル、ガス惑星
モデルについて、それぞれ必要となる基礎ルーチンの開発な
らびに「京」上での大規模計算の実装実験を実施する。

(目標)
岩石惑星モデル、惑星大気モ
デル、ガス惑星
モデルについて、それぞれの科学的目標を狙える計算の実現を目指す。

(目標)
岩石惑星モデル、惑星大気モ
デル、ガス惑星
モデルについて、それぞれの大規模高解像度計算を実現し、科学的成果を獲得する。

(実施内容)
マントルモデルおよび大気モデ
ル改良開発と必要となる基礎ルーチンの開発。
実装実験に検証と最適化検討。

(実施内容)
マントル対流モ
デルへの火成活動の導入。大気大循環モデルにおける現実火星状態の再現性検証。球面調和関数ルーチンの最適化。

(実施内容)
マントルおよび大気に関する高解像度実験の実現。月のマントル進化モデルの確立。火星全球
ダストストーム
発生条件の理解。

(実施内容)
月形成過程への制約の解明。木
星型惑星表層縞状ジェット流の成因を解明。より広い惑星パラ
メーターへの計
算対象拡張。

別添 2‐7

サブ課題Ｃ
太陽活動による地
球環境変動の解明（名古屋大学・草野完也）(目標)
太陽対流層、太陽活動領域、磁
気圏、衛星環境モデルの開発と初期データ整備(目標)
太陽対流層、太陽活動領域、磁
気圏、衛星環境モデルの初期実験(目標)
太陽対流層、太陽活動領域、磁
気圏、衛星環境モデルの計算とポスト「京」モ
デル開発(目標)
太陽対流層、太陽活動領域、磁
気圏、衛星環境
ポスト「京」モ
デルによる予測
可能性の検討(実施内容)「京」を使って
太陽対流層モデルの計算を行うと共に、フレア
モデル・磁気圏モデル・衛星環
境モデルの開発を行い、初期データを整備する。

(実施内容)「京」を使って
太陽対流層モデルの計算を継続すると共に、太陽周期変動の機構を探ると共に、フレア・磁気圏・衛星環境の初期実験を実施する。

(実施内容)
太陽黒点形成の実験コードを開発すると共に、フレア再現・超高精度磁気圏モ
デル実験・衛星
環境モデルの計算を行う。

(実施内容)
太陽黒点形成の実験を行うと共に、フレア再現・超高精度磁気圏モデル実験・衛星環境モ
デルの計算結果の解析を行い、
目的を達成する。

別添 2‐8

サブ課題Ｄ
原始太陽系における物質進化と生命起源の探究（筑波大学･梅村雅之）(目標)
量子力学・分子力学混合法（QM/MM法）
および励起状態
分子動力学計算（Surface
Hopping）法コードをメニーコ
ア・アーキテク
チャに最適化する。

(目標)
ダスト形成過程の計算を実行し、ダスト上の有機分子合成の解析により、星間空間での反応過程を理論的に明らかにし、反応ネットワークを構築する。

(目標)
アミノ酸および考え得るアミノ酸前駆体に関して、円二色性の量子力学計算を行い、鏡像異性
体過剰を引き起こす反応経路を明らかにする。

(目標)
ダスト形成過程の大規模計算を実行し、ダスト
成長過程と有機
分子形成過程な
らびに鏡像異性
体過剰の反応経路を整合的に明らかにする。

(実施内容)「京」とCOMAを用いた計算に基づき、大規模な第一原理分子動力学計算に向けた研究計画を策定し、実施体制を構築する。

(実施内容)「京」とCOMAを用いて、基底状態量子化学計
算により、ダス
ト上での有機分子合成の素反応の網羅的解析を行う。

(実施内容)
ポストT2Kを用
いて、円偏光波による有機分子鏡像異性体過剰の大規模な第一原理分子動力学計算を行う。

(実施内容)
ポストT2Kを用いた計算をまとめ、これに基づき、ポスト「京」での大規
模な第一原理分
子動力学計算の計画を策定する。

別添 2‐9（６）実施体制
本提案は、サブ課題Ａ-Ｄからなる。これらがサイエンスと問題解決の手法の両面で相互に協力しながら研究を進めていく。このため、課題全体の定期的な会合、研究連絡会等を設け、密に連携していく。また、AICS とも連携し、ポスト「京」向けのアプリケーションの開発・最適化を進めていく。
サブ課題Ａでは、星形成計算から原始惑星系円盤までを阪大、原始惑星系円盤からの惑星形成を東工大が担当し、東工大 ELSI を中心に系外惑星の観測プロジェクトと連携していく。サブ課題Ｂでは地球型惑星気候を神戸大、ガス惑星を京大、固体惑星進化を東大が担当、神戸大 CPS を中心にあかつき等観測プロジェクトと連携する。サブ課題Ｃでは太陽対流層の計算を千葉大、表層・フレアを名大が担当し、ひので等観測プロジェクトと連携する。サブ課題Ｄは星間有機分子生成の大規模な第一原
理分子動力学計算を筑波大、乱流中のダスト成長過程を岡山大が担当し、「はやぶさ 2」等と連携する。

（７）必要計算資源「京」の計算資源量（単位：ノード時間/年）

H28 年度

H29 年度

H30 年度

H31 年度

4,323,188

3,027,150

3,632,580

18,750,000「京」以外の計算資源量
H28 年度
580,000（単位：ノード時間/年）

H29 年度

H30 年度

H31 年度1,630,000

4,340,960

4,621,280

別添 2‐10

２．研究開発内容詳細
２－１．サブ課題Ａ．「惑星の起源の解明」（１）目的・意義
1995 年以来の系外惑星の観測の急速な進展により、太陽系外の惑星系は多様な姿をしていることがわかり、ケプラー宇宙望遠鏡などによる近年の観測結果は、太陽型星の半数には、星近傍に地球型惑星が存在していることを示している。惑星系の多様性は、初期状態である原始惑星系円盤の力学的・熱的構造に多様性があり、円盤との重力相互作用による惑星軌道移動など、大域的な過程が惑星形成において重要な役割をはたしていることを示す。また、地球型惑星の遍在性から、惑星表面に海が存在し得る軌道範囲（ハビタブル・ゾーン）に地球質量程度の惑星「第二の地球」が多数存在することは確実である。今後「第二の地球」の観測が進むことは確実で、2020 年代中盤完成予定の地上超大型望遠鏡 TMT、 E-ELT は「第二の地球」の大気観測を行う予定で、生命存在を示すバイオマーカーの観測も期待されている。
本研究では、力学、輻射輸送、磁気流体を組み合わせて、原始惑星系円盤の構造と進化およびそこ
での惑星形成の大域的な大規模シミュレーションのコード開発と実行を行い、一般的な惑星系の統一的な形成理論を構築し、「第二の地球」がどのような確率で存在し、またその惑星にどのような多様性が存在するのかを予測することを目的とする。
（２）実施内容
東京工業大学では、微惑星の衝突合体による惑星形成の 1 億以上の粒子を用いた大域的 N 体シミュ
レーションの開発・最適化を理研 AICS と共同して行い、多数のシミュレーションを実行する。単なる粒子の合体成長だけではなく、円盤ガスの惑星への集積による木星型惑星の形成や、円盤との重力相互作用による惑星軌道移動をモデル化して入れる。木星型惑星の重力は惑星系全体に及び、軌道移動は十分に速いので、惑星系全体を計算領域とした大域的計算を行う。円盤条件が異なれば、惑星材
料物質量も異なり、形成される惑星の配置が変わる。特に微惑星集積で形成される固体惑星がある閾
値を越えると、大量のガスが流入して、質量が数十倍の木星型惑星が形成され、惑星系の姿が大きく変わる。さらに、惑星軌道移動は円盤の熱的・力学的状態に大きく左右される。
大阪大学では、非理想 MHD 効果や円盤ガスの電離度の進化まで考慮した、円盤の大域的高解像度
シミュレーションのコード開発を行い、多数のシミュレーションを行うことで、円盤の初期パラメー
ターと時間進化を制約して東京工業大学の計算と連携する。
さらに東京工業大学では、衝突での破片生成を入れた N 体シミュレーションを行なう。ダスト生成
は円盤ガスの電離度を変え、円盤の構造や進化に影響する。大阪大学と連携して、整合的な惑星形成と円盤進化のモデルを構築する。
（３）目標・期待される成果
アウトプット成果
・平成 29 年度終了時：構築された原始惑星系円盤モデルを使って、本格的な稼働を始めたチリの大型電波干渉計 ALMA による円盤観測データを解釈する。大域的な惑星形成計算を現在の 2 桁上の 1 億粒子で実現する。

別添 2‐11

・本格実施フェーズ終了時：構築された原始惑星系円盤モデルを使って、大型電波干渉計 ALMA による円盤観測データを使って円盤モデルを較正し、この円盤モデルのあり得るパラメーター範囲のもとに、大域的な惑星形成計
算を現在の 3 桁上の 10 億粒子で実現する。
・ポスト「京」運用開始５年後：観測と整合的な、星間雲からの原始惑星系円盤の形成進化の一般的モデルを構築する。大域的な惑星形成計算を多数実行し、一般的な惑星形成モデルを構築し、観測されている系外惑星系の多様性の起源を明らかにする。
アウトカム成果
・ポスト「京」運用開始５年後：進展が続く系外惑星の観測データのもとに惑星形成モデルを較正し、円盤モデルへのフィードバッ
クをかけながら、円盤と系外惑星の観測データを整合的に説明する一般的惑星形成モデルを完成させる。
・ポスト「京」運用開始１０年後：2020 年代中盤完成予定の地上超大型望遠鏡 TMT、E-ELT による、系外惑星系のハビタブル・ゾー
ンに存在する地球型惑星の大気観測や生命存在を示すバイオマーカーの観測の議論へつなげる。
（４）「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと「京」では、惑星形成多体計算向けコード Kninja を開発し、世界初の 1000 ノードを超える惑星形成多体計算に成功、30 万粒子程度までの計算を可能にし、前例のなかった大域計算を行うことができた。ポスト「京」では、アルゴリズムの改良も行うことでこの 1000 倍程度、数億粒子の計算での大域惑星形成過程を世界で初めて明らかにする。星形成の計算コードは「京」での大規模利用の実績はまだないが、天文台の Cray XC30 等の大規模並列計算機でよいスケーラビリティを示す Athena++
コードを米国と共同で課題実施者が開発しており、ポスト「京」での 10 億格子点・1 億時間ステップ
程度の計算を行う計画である。これは 1 モデルで「京」で 1 週間程度の計算となり、多数行うことは「京」では不可能だが、ポスト「京」では現時点的な資源量で実行可能である。これにより、原始惑星円盤の構造と進化を明らかにする。

別添 2‐12

（５）実施体制
星形成過程と同時進行させながら、星間ダストから惑星までの集積過程を統一的に計算可能にする
ことがサブ課題Ａの目標である。星形成計算から原始惑星系円盤までの部分のシミュレーションは阪大を中心に推進し、原始惑星系円盤内での惑星形成のシミュレ−ションは東工大を中心に推進する。相互に原始惑星系円盤を接点として情報交換を行い、統一的なモデルを構築する。コード開発においては、理研 AICS と共同する。統一モデルを使って、東工大 ELSI を中心にして、ALMA による原始惑星系円盤の観測やすばるによる系外惑星の観測プロジェクトと連携していく。

２－２．サブ課題Ｂ．「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」（１）目的・意義
太陽系探査の蓄積、惑星形成論の進展、物質科学・地質学的知見の集積により、地球・月・惑星等の形成進化の解明が期待され、一方、天文学的観測の発展が実現した数多の太陽系外惑星の発見は惑星の可能な多様性の掌握を要請しつつある。これらの期待や要請に、連続体力学に基づく数値シミュ
レーションを対峙させることは科学的課題として重要であると同時に、探査と天文観測の企画立案において不可欠であり、それを担える体制の構築と人材の育成は我が国では喫緊の課題である。
本サブ課題では、惑星内部と表層の力学シミュレーションの実現を目指し、そこで必須である超高速大規模計算機の活用を試行する。球面・球殻での地球惑星流体計算をキーに技術連携可能な研究者
を分野横断的に組織し、宇宙地球科学で専門分化した知見の再結集を要する惑星進化・多様性シミュ
レーション分野を確立し、探査・観測の基盤となすことを目指す。
（２）実施内容（i）岩石惑星として地球型（岩石）惑星の火成活動・マントル対流系の三次元球殻モデル、（ii）ガス惑星として木星型（ガス）惑星の全球気象学〜深部対流から表層ジェット流まで、（iii）惑星大気
として地球型惑星の気象・気候〜火星全球ダストストームをテーマに選び、数値的表現能力を探求しその理解を得ることを通じて、超高速大規模計算の可能性を探る。
（i）岩石惑星：
マグマの生成移動モデルを開発しマントル対流モデル ACuTEMan に実装する。Yin-Yang 分割を適用して高効率の球殻領域計算を実現する。矩形領域でマグマモデル化を検証した後、球殻領域で月の別添 2‐13

マントル進化計算を行う。さらに、リソスフェア破壊・プレート境界生成モデルを開発導入して、火星やプレートテクトニクスが生じている地球等に適用する。
（ii）ガス惑星：
超高次球面調和函数変換のための新たな計算スキームを開発、並列化効率向上の可能性を追及・実証する。これを汎用化し SPMODEL に実装、全球超高分解能回転球殻熱対流モデルを構築、ガス惑星の深層・表層同時計算を実現して、縞状風構造の解明を目指す。
（iii）惑星大気：「京」で経験を積み重ねてきた二十面体非静力学大気力学コア（SCALE 力学コア）を基に、別途構築してきた火星大気物理過程を導入することにより、高い並立化効率が期待できる非静力学全球火星大気モデルを構築し、熱対流とそれに伴う渦生成を陽に表現する全球高解像度計算を実現する。
（３）目標・期待される成果
アウトプット成果
・平成 29 年度終了時：（i）岩石惑星：
火成活動のモデル化の完成、マントル対流計算モデルの 3 次元化とそこへの火成活動モデルの実装、これを用いた高解像計算の試行。
（ii）ガス惑星：
球面調和関数変換ルーチンの開発と高解像度化にともなう性能試験の実施、その球殻対流モデルへの実装と高解像計算の試行。
（iii）惑星大気：
SCALE-GM での表面重力、大気圧等の火星化を、「京」での試行計算を実施し、順次実現、必要な改良を施し、火星環境を念頭においた流体環境での力学的高解像度計算を実現。
・本格実施フェーズ終了時：（i）岩石惑星：
動径方向 120 層の高解像度計算で、火成活動を陽にとりこんだ月の 3 次元球殻領域マントル対流計
算を行う。
（ii）ガス惑星：
全球超高解像度球殻計算を実現し、ガス惑星全体を水平解像度 0.2 度、鉛直 128 層で表現する全球計算を行なう。
（iii）惑星大気：
火星の放射、ダスト循環を設計導入し火星大気化を完了する。全球を水平解像度 800m、鉛直 200 層で表現する全球計算を行う。
・ポスト「京」運用開始５年後：（i）岩石惑星：
火星活動を陽に取り込んだ 3 次元球殻領域マントル対流計算モデルの 45 億年間（月の全歴史）積分

別添 2‐14

を実現、さらに、惑星サイズを変えるパラメーター計算を実現する。
（ii）ガス惑星：
10 万惑星日以上の高解像度全球ガス惑星計算を実現し、自転角速度等の依存性をしらべるパラメー
ター計算に着手する。
（iii）惑星大気：
高解像度火星大気の 60 火星日間 (約 1/12 火星年) 以上の積分を実施する。
アウトカム成果
・ポスト「京」運用開始５年後：（i）岩石惑星：
唯一 40 億年前の状態を保存する重力天体である月の熱史•火成活動史を予言し、探査データによりモデルを検証、更なる探査計画を提案する。
（ii）ガス惑星：
小規模不安定から渦へのエネルギー注入を陽に表現すると同時に、深部循環と表層循環とを統合した帯状流形成モデルの可能性を世界で初めて提案する。
（iii）惑星大気：
小規模対流、ダストデビルから大循環に至る火星大気運動を表現し、多様なダスト現象の観測との比較検証を経て全球ダストストーム発生の謎に迫る。
・ポスト「京」運用開始１０年後：（i）岩石惑星：
プレートテクトニクス表現の実現により、大型の惑星（地球、系外地球型惑星）の進化計算に迫る。
（ii）ガス惑星：
放射過程ならびに物質過程を導入し、太陽系あるいは太陽系外のガス惑星の構造進化の議論に資す
る計算を実現する。
（iii）惑星大気：
モデルを順次拡張し、「あかつき」探査との対峙が期待される金星大気の対流解像全球循環計算を目指すとともに、太陽系あるいは太陽系外の地球型惑星大気の対流と大循環の多様性に迫る高解像度計算を実現する。
（４）「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと「京」での実績はないが、「地球シミュレータ」での計算では大きな困難に遭遇した。
（i）岩石惑星
では火成活動が短い時間刻みを要求し計算は 2 次元に限定された。
（ii）ガス惑星では極めて長時間の計算が必須であるため解像度が限定された。（iii）惑星大気では静力学モデルの限界に直面した。ポ
スト「京」により、（i）では 3 次元計算が、（ii）では微細対流と全球的構造を両立する超高解像度長
時間計算が、また、（iii）では、「京」での理研 AICS チームの世界最先端の地球大気非静力学全球大循環計算を土台に非静力学計算がそれぞれ可能となる。

別添 2‐15

（５）実施体制
サブ課題全体として大規模高解像度球殻流体計算に関するノウハウを共有しつつ、岩石惑星計算は東京大学が、惑星大気計算は神戸大学が、ガス惑星計算は京都大学が、それぞれ中心になって設計と開発、実装実験を進める。
「京」上の大規模計算に関するノウハウは、地球大気計算において豊富な経験を持つ理研 AICS グループがこれを提供し、サブ課題Ｂの各モデルの設計改良開発の指南役となる。
岩石惑星に関しては、東京大学が火成活動モデルや大規模並列設計を、愛媛大学が実装を、JAMSTEC
が実装実験を主に担当して進める。惑星大気に関しては、神戸大学が火星大気を初期計算目標に理研
AICS の SCALE-GM を基に力学的な計算可能性を探り、順次、放射過程ならびに物質輸送過程の導入をすすめつつ計算パラメーターの拡張を実現する。北海道大学と九州大学はそこで必要となる物理過程の検討と開発を担う。ガス惑星に関しては、京都大学が大規模並列計算におけるスペクトル法の可能性の探求に着手し、その実装性能試験を経て、大規模計算に着手する。

２－３．サブ課題Ｃ．「太陽活動による地球環境変動の解明」（１）目的・意義
ガリレオ以来 400 年以上にわたる太陽黒点の観測により、太陽黒点数は約 11 年の周期（太陽周期）で変動することが知られている。黒点近傍ではその磁場のエネルギーによりしばしばフレアやコロナ
質量放出といった爆発現象が起きる。こうした太陽面爆発は、地球磁気圏や人工衛星、電力・通信網などに多大な影響を与えることがある。また、黒点数の長期変化は気候変動の原因の一つになるとも考えられている。このため、この太陽周期の機構を解明し、今後の太陽活動とその影響を予測することは将来の地球環境の変動予測と社会インフラの保全のために重要な課題である。同時に、太陽活動の理解は、広く恒星や宇宙プラズマの理解に繋がると共に、地上では実験できない非線形プラズマダ
イナミクスの実証的な理解にも通じる。
そのような動機に基づき、本研究では歴史的な課題でもある太陽周期の機構を解明すると共に、太陽フレアの発生条件を明らかにすることを目的とする。さらに、フレアに伴う宇宙環境の変動と人工衛星への影響を精密なシミュレーションを通して再現し、将来起きると考えられる巨大な太陽面爆発の社会影響の軽減に貢献することを目指す。

別添 2‐16

（２）実施内容
千葉大学では、太陽対流層における熱対流と電磁流体ダイナモについて微細な対流から大規模構造の再生まで包括的に実現する計算をおこなう。従来の手法では対流層の一部しか扱うことができなかったが、独自に開発した音速抑制法を使うことにより初めて太陽対流層全てを計算することができる。
また、このスキームはノード間通信が少なく、「京」の全ノードを高効率で使った実績がある。本研究ではポスト「京」での高速計算を目指し、計算機科学の専門家の協力によって、コード自動生成・自動最適化の手法も駆使して高効率のコードを開発する。
名古屋大学では太陽表面に現れた黒点磁場が不安定化しフレア爆発を引き起こす条件を計算から探る。これまでの研究によって、大きなスケールの磁場のねじれと、小さなスケールの磁場の相互作用がフレア発生に重要であることが示唆されている。これを実証するため、世界最高精度で太陽表面を観測できる我が国の太陽観測衛星「ひので」で観測された精密磁場データを用いた実データ・シミュ
レーションを行うことにより、フレア爆発の発生条件を探り、その予測精度の向上に貢献する。また、協力機関（東北大学、神戸大学、京都大学）と協力し、太陽面爆発に伴う地球磁気圏の擾乱を電磁流体力学とプラズマ運動論の両面から再現することで、マクロスケールの変動が人工衛星周辺のミクロスケールの環境、特に宇宙機の運用に大きな影響を与える衛星帯電にどのような影響を与えるかについて計算を通して明らかにする。
（３）目標・期待される成果
アウトプット成果
・平成 29 年度終了時：
太陽対流層全球から領域を区切った高解像度の計算を実行し、小スケールの乱流効果により、太陽物理学最大の謎である蝶形図の成因に迫る。領域・時間を制限しているが、世界初の対流層・表面連結計算を実行し、大規模黒点の出現を再現する。過去にフレアが発生した 300 領域の 3 次元平衡磁場を衛星観測に基づいたシミュレーションによって再現し、フレア再現シミュレーションの初期データとなるデータベースを構築する。
・本格実施フェーズ終了時：
黒点形成の源となる磁場形成過程を再現すると共に、太陽フレアの再現シミュレーションから、フレア発生条件となる磁場構造を明らかにする。地球磁気圏環境の変動とその中での高エネルギー粒子の生成・消滅を再現する。
・ポスト「京」運用開始５年後：
これまで不可能だった黒点の自発的形成過程を再現する。フレアにおいて重要な役割を果たす磁気
リコネクションの内部構造と粒子加速を再現する。磁気嵐における人工衛星の帯電過程を衛星の形状や表面素材の影響を正確に取り入れて再現する。
アウトカム成果
・ポスト「京」運用開始５年後：

別添 2‐17

400 年間の謎であった黒点の起源に迫り、太陽周期の物理メカニズムに関する知見を得る。現実の観測データに基づくフレアの再現を行い、その発生予測に貢献する。磁気嵐における衛星帯電の原因を明らかにする。
・ポスト「京」運用開始１０年後：数周期にわたる太陽活動の計算を行い、太陽活動の予測可能性を高める。太陽フレアの発生とその影響としての衛星帯電を動的に予測する。
（４）「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと（「京」でできていること）
現在の世界最高解像度である 256×768×1536 という計算を 50 年程度実行し、不安定な周期活動を再現している (Hotta et al. 2016, Science)。また、より高解像度の 4.3×1012(=4096×32000×32000)の格子点数を用いた全ノード計算を極短時間おこない、世界最高に近い理論ピーク性能比（24%）を達成している。
（ポスト「京」でなければできないこと）
ポスト京では、表面における黒点生成までを扱うことができる。フレア爆発において人工的な抵抗を導入せずに、微細構造と大規模構造を同時に解くことができる。衛星の誘電膜部分の衛星帯電を正確に計算することができる。
（５）実施体制
太陽対流層における熱対流と磁場を微細な対流から大規模構造の再生までを包括的に実現する計算を千葉大学が担当する。この計算結果の解析を関西学院大学が、また超並列計算コードの開発を理研が支援する。一方、名古屋大学では太陽表面に現れた黒点磁場が不安定化しフレア爆発を引き起こす
条件を計算から探り、フレア爆発の予測精度の向上に貢献する。また、協力機関である京都大学では
太陽面爆発に伴う地球磁気圏の擾乱を精密な電磁流体シミュレーションで再現する。さらに、同じく協力機関である神戸大学では、磁気嵐の際に現れる高エネルギー粒子加速と衛星近傍の電磁場変動を再現し、人工衛星の帯電予測を行う。なお、本研究は JAXA 宇宙科学研究所の「ひので」衛星プロジ
ェクト、文部科学省新学術領域研究「太陽地球圏環境予測」とも協力して実施される。

別添 2‐18

２－４．サブ課題Ｄ．「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」（１）目的・意義
地球上の生命の起源はいまだに明らかにされていないが、1953 年の Miller の実験によりアミノ酸などの有機物が単純な物質から無生物的に合成されることが示され、生命の起源は原始地球での化学進化であるとする説が有力視されてきた。しかしながら、1969 年オーストラリアに落下した
Murchison 隕石からアミノ酸が検出され、生命は宇宙から飛来した物質を起源と考える「宇宙起源説」が浮上した。さらに Murchison 隕石以外の炭素質コンドライトからもアミノ酸が検出され、2009 年には NASA の探査機スターダストにより彗星の塵からアミノ酸の一つであるグリシンが見つかった。
2010 年には、1200～1300 K の高温環境を経験した Almahata sitta 隕石からアミノ酸が検出され、非常に高温の小惑星が冷える過程で生じる反応でアミノ酸が生成される可能性のあることがわかった。
アミノ酸は、実験室で生成すると、左巻き（L 型）と右巻き（D 型）が同量生成される。しかし、地球上の生命はほとんど L 型のアミノ酸しか使っていない。これは、鏡像異性体過剰と呼ばれ、パスツー
ル以来 150 年以上の謎になっている。1997 年になって Murchison 隕石のアミノ酸を詳しく調べたところ、鏡像異性体過剰が発見された。これによって、アミノ酸の鏡像異性体過剰が宇宙空間で起こり隕石を通じて地球に運ばれ、これを元にして生命が誕生したという可能性が注目されている。本サブ
課題では、原始太陽系における有機分子の生成過程と鏡像異性体過剰の発生過程を大規模な量子化学
第一原理計算によって探究する。
（２）実施内容
本サブ課題では、基底状態量子化学計算を用いて惑星間ダスト、特に氷ダスト上での有機分子合成の素反応の網羅的解析を行う。その計算によって得られた速度定数などの物理量を用いて、気層や表面での反応速度方程式を第一原理に基づき解くことで、宇宙空間における有機分子進化過程を明らかにする。具体的には、量子化学計算を用いた数百からなる素反応の安定構造・遷移状態構造の解析、および Born-Oppenheimer 近似に依らない量子力学効果を入れた ab initio 分子動力学である励起状
態分子動力学計算（Surface Hopping）法を用いて、有機分子の励起状態遷移量子ダイナミックスをシ
ミュレーションする。また、近年の実験で円偏光波を当てるとアミノ酸の鏡像異性体過剰が引き起こされることが分かってきた。さらに、星形成領域で円偏光波が実際に観測されている。従って、原始惑星系の近くで大質量星が誕生したとすれば、太陽系内でアミノ酸の鏡像異性体過剰が引き起こされた可能性がある。宇宙空間で円偏光波による鏡像異性体過剰を計算するために大規模な励起状態分子
動力学計算を実施する。また、原始惑星系円盤内におけるダスト形成・成長過程の解明に向けて、乱流中のダスト粒子の衝突付着成長シミュレーションを行う。
（３）目標・期待される成果
アウトプット成果
・平成 29 年度終了時：
励起状態量子化学計算を用いて氷ダスト上での有機分子合成および分解の素反応の網羅的解析を行うことで、ダスト表面反応の影響、 温度などの環境効果、紫外線や宇宙線などの強い外場の影響を

別添 2‐19

解明する。また，原始惑星系円盤乱流中のダストの成長過程を非圧縮流体計算により探究する。
・本格実施フェーズ終了時：
励起状態分子動力学計算法を用いて、有機分子の励起状態遷移量子ダイナミックスについての大規
模な励起状態分子動力学計算を実施し，宇宙空間の円偏光波による鏡像異性体過剰を明らかにする。
また，原始惑星系円盤乱流中の微惑星形成過程を圧縮流体計算により探究する。
・ポスト「京」運用開始５年後：
原始太陽系における有機分子生成の第一原理計算を世界に先駆けて実現することで、ダストから微惑星、微惑星から惑星が誕生する過程で、どのように物質が進化し、有機分子が生まれたかを明らかにする。そして、第一原理計算結果と ALMA 望遠鏡等による現在の惑星間空間に残された有機分子の検出や、「はやぶさ２」や「たんぽぽ計画」等による太陽系始原物質のデータとの突合せから、太陽系における生命の起源の解明に迫る。
アウトカム成果
・ポスト「京」運用開始５年後：励起状態分子動力学法を用いて真空中・氷ダスト上での有機分子合成および分解の実時間シミュレーションを実行し、様々な環境における反応分岐比の定量的計算を行い、宇宙における分子進化予測手法を確立する。また、原始太陽系におけるダスト成長と有機分子生成過程の関係を明らかにする。
・ポスト「京」運用開始１０年後：
これを太陽系外惑星系での異なる環境下での有機分子生成過程の研究に発展させることで、太陽系以外での生命の発生の可能性を探究することができる。太陽系外惑星系の有機分子は、今後 ALMA 望
遠鏡等により直接検出される可能性がある。
（４）「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと「京」では、高度最適化により、ナノ物質の 10 万原子第一原理計算を実施、大規模並列計算で高い実効効率を実現し、第一原理計算（密度汎関数法）により、真空中における有機分子の最安定構造を計算した。また、その他の計算機資源で、時間依存密度汎関数法計算により、円偏光波吸収による円偏光二色性とアミノ酸の光励起による崩壊・改変反応の過程を解析している。さらに、惑星間空間のアミン酸前駆体からアミノ酸への生成過程に対し、反応物及び中間体の生成エネルギーから安定性と反応のエネルギー障壁を評価した。ポスト「京」では、惑星間空間物質の化学進化に関してさらに多くの素反応の解析や、量子分子動力学の計算が可能になり、これによって原始太陽系環境下でのアミノ酸生成過程と L 体－D 体分離過程の励起状態第一原理シミュレーションを実現することが可能となる。
（５）実施体制
筑波大の重田、相川、古家、および特任助教は、量子力学・分子力学混合法（QM/MM 法）を用いて、ダスト上のアミノ酸・核酸の基底状態並びに励起状態を計算し、合成・分解の素反応を解析する。

別添 2‐20

筑波大の梅村、重田、庄司は、励起状態分子動力学計算法（Surface Hopping 法）を用いてアミノ酸の励起状態遷移量子ダイナミックスをシミュレーションし、鏡像異性体過剰プロセスを解析する。これらは、「はやぶさ 2」や「ロゼッタ」等の観測結果と比較する。筑波大の梅村、道越、岡山大の石原は、乱流物理を考慮したダスト成長の大規模計算を実施する。

別添 2‐21

３．採択時の留意事項への対応状況
３－１．ポスト京利用に向けて、計算の大規模化等の利用準備の具体的なシナリオを明確にすること
サブ課題Ａ．
「惑星の起源の解明」


現在「京」で利用している Kninja と、天文台等で利用している Athena について、ポスト「京」を想定したチューニング、並列化効率の向上を行う。



Kninja については、現在利用している直接計算独立時間刻み法を我々が開発したツリー法と直接計算法のハイブリッド法に置き換えるための開発をおこなっており、ほぼ完成している。これにより、
これまで数十万粒子であった計算規模をポスト「京」では 1 億粒子程度まで飛躍的に拡大させる。

サブ課題Ｂ．
「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」
 岩石惑星：マグマの生成移動モデルを開発しマントル対流モデル ACuTEMan に実装する。コードの中核部分に関しては、これまで技術的蓄積のある地球シミュレータ上にて大規模並列計算における効率向上の検討を進める。これを基礎データとして、「京」、ポスト「京」でのメモリー構造等を考慮した並列プログラムの設計と実装に着手し、改良をすすめる。
 ガス惑星：超高次球面調和函数変換のための新たな計算スキームの開発と並列化効率向上の可能性の追及・実証は、これまでの技術蓄積のある地球シミュレータならびに京都大学情報基盤センター等の計算機にて進める。これを基礎データとして、「京」、ポスト「京」でのメモリー構造等を考慮した並列プログラムの設計と実装に着手し、改良をすする。
 惑星大気：地球大気を対象に「京」で経験を積み重ねてきた SCALE-GM を基に、鉛直計算領域の高度 100 km 程度への拡張と、大気成分・大気質量・太陽定数・惑星半径等の火星化を「京」上にてすすめる。大規模並列計算のアルゴリズムは地球大気を対象とした現有の経験がそのまま活用できると期待されるが、強い熱対流を表現することならびに地表面から高高度に至る鉛直計算領域をカバーするのに必要とされる計算資源量は未知であり、数値実験を重ねて、その計算可能性を探る。
サブ課題Ｃ．
「太陽活動による地球環境変動の解明」
 太陽対流層アプリケーション AMaTeRAS について、ポスト京を想定したチューニングを現開発者と計算科学研究者の協力により実行し、並列化効率・浮動小数点演算効率の向上を目指す。特に自動チューニングの手法を発展させ、効率的・革新的な性能向上を目指す。


AMaTeRAS では音速抑制法により京全ノードまで、太陽対流層計算について並列化効率を保つことが可能になっており、ポスト京の規模まで並列化効率を保つことが予想される。今後は、表面の黒点発生現象を解くときに必要不可欠である輻射輸送を取り入れる。ポスト京の規模でも効率が落ちな
いように、輸送方程式の形式解を用いる手法を現在実装中である。



地球磁気圏環境の MHD および粒子モデルプラズマシミュレーションに関して、ポスト京で採用される ARM アーキテクチャプロセッサの重要な性能源泉と考えられる高 bitSIMD ベクトル演算機構を最大限に活用するため、演算ループを高効率にベクトル化する技術、メモリアクセスや制御
フローの不規則性を排除する技術を探求する。これとメニーコア並列化技術と合わせ、ポスト京に対応した高性能アプリケーションを開発する。

別添 2‐22

サブ課題Ｄ．
「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」


現在「京」で利用している RSCPMD について、ポスト「京」を想定したチューニング、並列化効率の向上を行う。



RSCPMD については、励起状態の日断熱ダイナミクスのための開発をおこなっている。これにより、
これまで基底状態の解析にのみ適応可能であった計算規模を、ポスト「京」では励起状態感遷移まで取り扱うことが可能となる。

３－２．必要に応じて、計算機、アプリケーションの専門家の参画を検討すること
現在、理研 AICS の粒子系シミュレータグループとの連携の他、フラッグシッププロジェクトとも意
見交換しながら開発を進めている。
３－３．重点課題９「宇宙の基本法則と進化の解明」との役割分担を明確にすること
重点課題９では銀河形成より下の階層の構造形成・進化は扱わないのに対して、萌芽的課題では銀河形成から惑星形成までを扱うので、切り分けはできている。

別添 2‐23

４．中間評価における指摘事項への対応状況
４－１．目標の明確化について
指摘事項：
課題全体として達成すべき成果を明確にするとともに、その成果実現に向けた定量的・定性的な目標（年間目標及び最終目標）を明確にすること。その際、目標、成果の国際的な先進性を明確にすることおよび、各サブ課題の進捗等を鑑み、選択と集中による効率的な計画を検討すること。特にサブ課
題 D について進捗を明確にするよう留意すること。
対応：●本課題の達成すべき目標
太陽のような星とそれが持つ惑星系の起源、その惑星系で生命を育む惑星がどのように進化したか、惑星の構造の進化および大気や表面の水圏の形成・進化、太陽活動の変化やその惑星表層への影
響といった、惑星科学・地球科学・宇宙化学/宇宙生物学分野にまたがる個別のプロセスを探求することによって、惑星形成から生命進化までを統一的に理解することへつなげるのが本課題の究極の目的である。これに向けて、各サブ課題では以下を目標として研究開発を進める。
サブ課題Ａ．
「惑星の起源の解明」
原始惑星系円盤の電離状態を正確に記述した上で非理想 MHD 効果を全て考慮した円盤の大域的進化計算を実現し、その条件のもとに大域的な惑星形成の多体計算を現在の 2 桁上の 1 億粒子以上で実現し、星間ダストから惑星までの集積過程を統一的に計算可能にすることを目標とする。これによって、円盤と系外惑星の観測データを整合的に説明する一般的惑星形成モデルの構築、さらには系外惑星系のハビタブル・ゾーンに存在する地球型惑星の大気観測や生命存在を示すバイオマーカー
観測の議論につなげる。
サブ課題Ｂ．
「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」
様々な惑星の内部・表層の進化の統一的理解に寄与すべく、岩石惑星の火成活動・マントル対流、
ガス惑星の球殻熱対流、地球型惑星とくに火星の大気循環の高解像計算を実現する。マントル対流では、開発中のプレートテクトニクスの 3 次元モデルを完成させ、これまでに開発した 3 次元火成活動モデルと合体させることで実現する。それを月の熱史・火成活動史の解明に適用する。惑星大気では、正二十面体準一様格子の非静力学全球大気モデルの火星大気版を開発し全球高解像度計算を実現する。火星の小規模対流、ダストデビルから大循環に至る火星大気運動を陽に表現した計算を実施
し、全球ダストストーム発生の謎に迫る。ガス惑星大気では、超高次球面調和函数変換の並列高速計
算ライブラリを新たに開発し、回転球殻熱対流モデルに導入する。それによる高解像度の数値実験を行い、ガス惑星の帯状流の成因を探る。
サブ課題Ｃ．
「太陽活動による地球環境変動の解明」
太陽磁場の起源である太陽対流層の第一原理的シミュレーションにより黒点、太陽活動の長期変動の起源を明らかにすると共に、太陽磁場から太陽フレア、太陽風とコロナ質量放出が地球電磁気圏

別添 2‐24

に与える影響を多階層シミュレーションにより統一的に明らかにする。さらに、太陽観測衛星、地球観測衛星等のデータと融合した解析により太陽地球惑星圏環境の短期・長期変動予測を行う。このため、太陽対流層の底から表面までを一貫して解く計算を世界で初めて実行する。さらに、太陽表面から太陽コロナ全体を含んだ太陽面爆発の大規模シミュレーションを開発する。一方、地球磁気圏の変動と人工衛星へのその影響を評価・予測するマルチスケール・シミュレーションの開発のために、省メモリかつ数百万並列環境に対応可能なスケーラブル通信ライブラリを、MHD・PIC モデル間の情報受け渡しに適用し、高効率な地球磁気圏−人工衛星環境連成シミュレーションを実現する。
サブ課題Ｄ．
「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」
基底状態量子化学計算を用いて惑星間ダスト、特に氷ダスト上での有機分子合成の素反応の網羅的解析を行う。その計算によって得られた速度定数などの物理量を用いて、気層や表面での反応速度方程式を第一原理に基づき解くことで、宇宙空間における有機分子進化過程を明らかにする。さらに、宇宙空間で円偏光波によるアミノ酸の鏡像異性体過剰を計算するために大規模な励起状態分子
動力学計算を実施する。また、原始惑星系円盤乱流中のダストの濃集・衝突・合体の成長過程をナヴィエ・ストークス方程式の直接数値計算に基づいてシミュレートし、微惑星形成過程を明らかにする。
年間目標は下記の図の通りとする。

別添 2‐25

●独創性・先進性について
サブ課題Ａ．
「惑星の起源の解明」
惑星集積シミュレーション：
微惑星の段階からの直接フル N 体計算で衝突破壊や原始惑星系円盤からのガス抵抗の効果を取り入れた計算コードは他にない。これらの効果を考慮しないと、原始惑星の暴走成長段階で異なる結果が得られてしまうため、本課題におけるフル N 体計算の必要性が強く示唆される。
原始惑星系円盤の磁気回転流体シミュレーション：
多様な物理過程と高い性能を両立する最先端の宇宙物理学向け磁気流体シミュレーションコードである Athena++を用いている。これによって、現時点で最も現実的な物理過程を含む高解像度計算を行うことができる。
サブ課題Ｂ．
「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」
マントル対流：
対流しつつあるマントルにおけるマグマの生成・移動のシミュレーションに成功した例は他にない。また、プレートテクトニクスのモデリングにおいては、「強いプレートのレジーム」を目指した例も他にはなく、プレートテクトニクスの物理的メカニズムを正しく再現する独創的な研究である。
惑星大気：
解像度 1km 以下の計算は、数 km スケールの乾燥対流も陽に表すことができるもので、先駆的である。金星、地球、火星、系外惑星も含めた地球型惑星大気の対流と大循環の多様性に包括的に迫るための計算基盤の構築を目指すところが野心的かつ独創的である。
ガス惑星大気：全球計算に基づいたガス惑星の縞状構造成因の解明を目指している点が新規的かつ独創的である。
サブ課題Ｃ．
「太陽活動による地球環境変動の解明」
太陽対流層モデル：
音速抑制法の採用により分解能の点で他国に比べて圧倒的優位性を持っている。黒点生成現場を捉えるという目的においても、密度比 600 以上と他国のコードより幅広い値を取ることができている。
磁気圏・衛星環境モデル：
プラズマ粒子シミュレーションにおける分散メモリ並列・共有メモリ並列・SIMD ベクトル化の最適化を進めているが、このような試みは世界的にもほとんど例がない。これと大規模電磁環境を再現する MHD シミュレーションの現実的な連成は過去に例が無く、先進的である。

別添 2‐26

太陽フレアモデル：
観測磁場データを取り入れた太陽フレア計算は過去にも実施されているが、本課題では現実的な磁場モデル(非線形フォースフリー磁場)導出に成功し、シミュレーションに採用している。
これと電磁流体シミュレーションと組み合わせた研究は世界的にも稀で、非常に独創的かつ優位的であるといえる。
サブ課題Ｄ．
「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」
有機分子形成・ダスト成長：
原始太陽系円盤内の有機分子形成の研究は、これまで古典的な反応方程式を解くものであったが、本研究では、QM/MM(Quantum Mechanics/Molecular Mechanics)法や CPMD(Car
Parrinello Molecular Dynamics)法などの量子分子動力学計算によって探究するものであり、
これまでに例のない研究である。原始太陽系円盤乱流によるダスト成長の計算は、これまで実現していない高精度(高レイノルズ数)の計算であり、ダスト成長過程を直接入れた計算も世界初である。
サブ課題 D は、第一原理分子動力学法を宇宙物理に応用することで、原始太陽系円盤内の有機分子形成を解明することを目的としている。これには、前段階として基礎となるべき物理素過程を理論的に理解することが必須である。本課題において、アミノ酸形成の反応機構を理論的に解明し、触媒
水分子の効果が重要であることを示した(Kayanuma et al. 2017)。このような基礎研究に基づいて反応ネットワークの構築を進めており、その上でダスト形成過程の大規模計算を実行する。調査研
究・準備研究フェーズとしては、現時点での進捗は当初の予定通りである。
４－２．成果発表について指摘事項：
計算科学技術分野における研究開発の論文数、学会発表数は、事業の成果を議論する上で１つの指標となりうるため、分野の特性、体制を考慮の上、論文、学会発表を通じて十分に成果を発信するような計画とすること。
対応：
査読論文への投稿については、惑星科学全般では Icarus、サブ課題 A、C、D では AstrophysicalJournal や Monthly Notices of the Royal Astronomical Society、サブ課題 B では Journal of
Meteorological Society of Japan や Journal of Atmospheric Sciences、Journal ofGeophysical Research、Physics of the Earth and Planetary Interiors、Geophysical andAstrophysical Fluid Dynamics、Journal of Fluid Mechanics など、サブ課題 C では Physics ofPlasmas を検討中である。科学分野全般に対するインパクトが強い成果も期待されるため、これらは Nature、Science への論文投稿も視野に入れる。これらは本課題参加者がこれまでに多くの論文
出版の経験のある学術誌であり、本課題における成果発表として適切であると考える。

別添 2‐27

国内の学会(日本天文学会、日本惑星科学会、日本気象学会、日本地球惑星科学連合大会、等)ではサブ課題ごとに定期的に講演を行っており、また国内・国外を問わず開催される国際会議にも積極的に参加・講演してきている。これらは継続的に行い、成果発表のさらなる充実を図る。
４－３．ポスト「京」での具体的な目標について
指摘事項：
予備計算などを通じて、サイエンス、エンジニアリング的な目標を明確にすること。その目標に対して、ポスト「京」でいつまでに何をどこまで明らかにすることを目指すのかを明確にすること。その時点でポスト「京」で初めてできる画期的な利活用について具体的に説明すること。
対応：
サブ課題Ａ．
「惑星の起源の解明」
惑星集積シミュレーション：
動系方向により広範囲（例えば、太陽系で言えば、地球型惑星から木星、土星の軌道までを含
む 0.5 - 10 天文単位）のシミュレーションを行い、 数天文単位以遠では氷物質が凝縮すること
で固体量が増える効果（アイスラインの効果）も取り入れる。微惑星の成長と衝突破壊、全ての天体に円盤ガスからのガス抵抗や円盤との重力相互作用によるタイプ１惑星移動の効果も働くようにし、木星や土星のような巨大ガス惑星のコアの形成について、微惑星段階からのグローバ
ルなシミュレーションによって明らかにする。ガス抵抗は微惑星や衝突破片の動径方向への移動、タイプ１惑星移動は原始惑星の動径方向への移動を引き起こすので、グローバルなシミュレーションが必須である。コアへの原始惑星円盤ガスの流入の効果も入れ、様々な円盤初期条件のもとでのシミュレーションを行うことによって、現在、発見されている系外惑星系の多様性の起源の問題、ハビタブル・ゾーンにおける地球型惑星の形成確率、そのような地球型惑星への水の輸送プロセスなどを明らかにすることで、今後、生命居住可能な表層環境を持つ惑星（ハビタブル惑星）の形成確率、多様性の問題に迫る。
原始惑星系円盤の磁気回転流体シミュレーション：
Athena++を用いた原始惑星系円盤のシミュレーションは順調に進展しており、今後も自己重力等の新たな物理過程の開発と並行して研究を進める。ALMA によって原始惑星系円盤の構造は明らかになってきており、その観測データとの比較検討も積極的に行いたい。また、原始惑星
系円盤は惑星系の初期状態であり、このシミュレーションの結果は順次、惑星集積シミュレーシ
ョンにとりいれていく。
ポスト「京」の利活用：「京」では、惑星形成多体計算向けコード Kninja を開発し、世界初の 1000 ノードを超える
惑星形成多体計算に成功、30 万粒子程度までの計算を可能にし、前例のなかった大域計算を行うことができた。ポスト「京」では、アルゴリズムの改良も行うことでこの 1000 倍程度、数億粒子の計算での大域惑星形成過程を世界で初めて明らかにする。

別添 2‐28星形成の計算コードは「京」での大規模利用の実績はまだないが、天文台の Cray XC30 等の大規模並列計算機でよいスケーラビリティを示す Athena++コードを米国と共同で課題実施者
が開発しており、ポスト「京」での 10 億格子点・1 億時間ステップ程度の計算を行う計画である。これは 1 モデルで「京」で 1 週間程度の計算となり、多数行うことは「京」では不可能だ
が、ポスト「京」では現時点的な資源量で実行可能である。これにより、多様な原始惑星円盤の構造と進化を明らかにする。
サブ課題Ｂ．
「惑星内部・表層のダイナミクスと進化」
マントル対流：マグマの三次元空間での生成・移動のシミュレーションは順調に進んでおり、現在矩形領域での計算用に書かれているコードを実際のマントルの幾何学的形状である球殻領域での計算にも適用できるように改良する。さらにこのコードで用いられている疑似圧縮法の改良に取り組み、
地球のダイナミクスを理解する上で重要なプレートを数値的に再現する事を目指す。
惑星大気：
SCALE-GM の火星化開発は順調に進捗しており、このまま継続する。QBO 的振動として顕在化した数値解の数値解法依存性は、当初計画には含まれない課題ではあるが、惑星大気計算の根幹に関わる重要な問題であるため、火星化開発と平行して、その詳細を探求していく。また、
火星 SCALE-GM が完成し、これまでにない高解像度計算が可能となれば、火星気象学の進展が大いに期待される。SCALE-GM の火星化が完了した後は、金星大気への対応を進める。これにより、現在「地球シミュレータ」で実現している解像度よりもさらに高い解像度が実現でき、
金星大気循環において重要と考えられている雲層内の熱対流と、大気大循環を同時に計算できるようになり、金星気象学のさらなる発展に資する。
ガス惑星大気：
球面調和関数ルーチンの開発を、 「京」および、長い SIMD を持つ点でアーキテクチャがより類似している最新のメニーコアプロセッサ上で行っている。この開発されるルーチンはポスト「京」に限らず一般的なメニーコアマシン上でも高性能を発揮するものである。
ポスト「京」の利活用：
サブ課題 B に関連する課題は、「地球シミュレータ」での計算では大きな困難を経験した。
（i）岩石惑星では火成活動が短い時間刻みを要求し計算は 2 次元に限定された。
（ii）ガス惑星
では極めて長時間の計算が必須であるため解像度が限定された。
（iii）惑星大気では静力学モデ
ルの限界に直面した。ポスト「京」により、（i）では 3 次元計算が、（ii）では微細対流と全球的構造を両立する超高解像度長時間計算が、また、（iii）では「京」での理研 AICS チームの世界
最先端の地球大気非静力学全球大循環計算を土台に非静力学計算がそれぞれ可能となる。
サブ課題Ｃ．
「太陽活動による地球環境変動の解明」

別添 2‐29

太陽対流層モデル：
高解像度化・大規模化した計算を開始するための準備は順調に進行している。今後は太陽表面層を取り入れるための準備に取り掛かる。太陽表面層を取り入れることで、フレアモデルグルー
プとも協力が可能になる。
磁気圏・衛星環境モデル：
プラズマ粒子シミュレーションの超並列高効率計算に関しては、アーキテクチャ階層毎に多岐に渡る開発項目があるが、現状それらは着実に進行している。計算モデルについては、磁気圏
グローバル環境シミュレーションの計算結果を衛星環境シミュレーションに反映することで、より現実性の高い衛星帯電予測が可能になる。
太陽フレアモデル：
解適合格子法を実装した電磁流体計算コードを用いての大規模数値計算を実施することで、
太陽フレアからコロナ質量放出までの一連のプロセスを再現し、その物理過程を理解する。現在、手元の計算機において低解像度のテスト問題を実施しており、その後は大規模計算機に移行
し高解像度計算を実施する。
ポスト「京」の利活用：
太陽対流層に関して現在の世界最高解像度である 256×768×1536 という計算を 50 年程度
実行し、不安定な周期活動を再現している。また、より高解像度の 4.3×1012(=4096×32000×
32000)の格子点数を用いた全ノード計算を極短時間おこない、世界最高に近い理論ピーク性能比を達成している。ポスト「京」では、表面における黒点生成までを扱うことができる。フレア
爆発において人工的な抵抗を導入せずに、微細構造と大規模構造を同時に解くことができる。衛星の誘電膜部分の衛星帯電を正確に計算することができる。
サブ課題Ｄ．
「原始太陽系における物質進化と生命起源の探究」
有機分子形成・ダスト成長：
当初計画の原始太陽系円盤内の有機分子形成に加えて、大規模乱流中のダスト成長の研究を追加した。これは最終的にダスト上での有機分子形成と有機分子間力によるダスト付着成長過程で結びつくものである。この研究は、雨成長の物理モデルとして気象分野への波及効果が期待できる。
ポスト「京」の利活用：「京」では、高度最適化により、ナノ物質の 10 万原子第一原理計算を実施、大規模並列計算
で高い実効効率を実現し、第一原理計算（密度汎関数法）により、真空中における有機分子の最安定構造を計算した。また、その他の計算機資源で、時間依存密度汎関数法計算により、円偏光
波吸収による円偏光二色性とアミノ酸の光励起による崩壊・改変反応の過程を解析している。さらに、惑星間空間のアミン酸前駆体からアミノ酸への生成過程に対し、反応物及び中間体の生成

別添 2‐30

エネルギーから安定性と反応のエネルギー障壁を評価した。ポスト「京」では、惑星間空間物質の化学進化に関してさらに多くの素反応の解析や、量子分子動力学の計算が可能になり、これによって原始太陽系環境下でのアミノ酸生成過程と L 体−D 体分離過程の励起状態第一原理シミュレーションを実現することが可能となる。
有機分子形成ついては、現在の遷移状態探査計算から、大規模な第一原理分子動力学計算に移行していく。乱流中のダスト成長の研究では、これまでのレイノルズ数千の計算をさらに大規模化し、レイノルズ数万の計算を実施する。
４－４．サブ課題間の連携等について
指摘事項：
幅広いサブ課題の間の積極的な連携を通して発生する相乗効果や、太陽フレアや宇宙天気等、インパクトのあるテーマを活用したアピールの計画を検討すること。
対応：
本課題では、惑星形成から生命進化までを統一的に理解することを目的としている。ただし、これらを 1 つの「まるごと」計算で理解できる段階にはないため、本格研究フェーズへ進むに当たっては、サブ課題 A で形成された惑星がサブ課題 B での惑星進化計算と結合し、サブ課題 C での太陽活動の変動を踏まえつつも、並行してサブ課題 D での分子進化計算に関連づけることを計画している。
すでにサイエンスの面では、月の火成活動やマントル対流の計算結果について、地球-月系の形成進化過程との関連性について議論を始めつつある(サブ課題 A・B)。また、乱流中のダスト成長の研究
は原始惑星系円盤の構造と進化に深く関係しており、さらにダスト成長は pebble accretion や微惑星形成過程を考える上で必須の研究課題でありサブ課題間の連携が重要となる(サブ課題 A・D)。コード開発や方法論については、メニーコアにおける球面調和関数展開の高速計算について密接な議論を行っており(サブ課題 A・B)、球座標の AMR(Adaptive Mesh Refinement)法などの計算コード
や技術的な知見の共有を進めている(サブ課題 A・C)。
太陽フレア現象は、地球で発生する地震と異なり、爆発の駆動エネルギーを担う太陽の磁場の詳細
観測データが得られているため、発生の有無は事前に予測ができるようになってきた。サブ課題 C
では、これをさらに進め、磁場構造の解析からフレアの規模までも正確に予測することを目指している。実際、平成 29 年 9 月 6 日に発生した X クラスの大規模な太陽フレアで見られた磁場構造は、シミュレーション結果ときわめてよい一致を示していた。本課題では、これに加えて、太陽観測衛星、地球観測衛星等のデータと融合した解析により太陽地球惑星圏環境の短期・長期変動予測を行う
ことで、人工衛星・航空機・通信・電力などに対する太陽活動の社会影響を軽減するための技術開発も目的としている。これは科学的観点だけでなく、社会的課題としてもインパクトが大きいテーマであり、研究成果を積極的に社会還元する努力は継続する。
本課題は、ALMA やすばる望遠鏡といった地上観測、金星探査機「あかつき」、太陽観測衛星「ひので」、小惑星探査機「はやぶさ 2」、国際宇宙ステーションきぼう実験棟における「たんぽぽ計画」など、既存・進行中の観測・探査計画と深く連携するが、それに留まらず、将来の我が国の太陽系探査計画が依って立つ土台となるという点で国家的見地からの意義も高い。従来の太陽系探査は欧米

別添 2‐31

の主導のもとに行われてきたが、このような状況を打開し、科学的価値の高い探査を行うためには、
惑星内部進化に対する独自の統一的視点を確立することが必須である。本課題はそのような独創的な視点を確立するためのものと位置づける。

別添 2‐32

（別紙１）

サブ課題Ａ

サブ課題Ｂ

サブ課題Ｃ

サブ課題D

実施機関一覧
実施機関
備考
神戸大学 （牧野 淳一郎）
代表機関（課題責任者）
東京工業大学 地球生命研究所 （井田 茂）
分担機関（サブ課題責任者）
大阪大学 理学研究科
分担機関
理化学研究所 計算科学研究機構
分担機関
東北大学
協力機関
名古屋大学
協力機関
一関高等専門学校
協力機関
神戸大学 理学研究科（林 祥介）
分担機関（サブ課題責任者）
東京大学 大学院総合文化研究科
分担機関
京都大学 数理解析研究所
分担機関
愛媛大学 地球深部ダイナミクス研究センター 協力機関
JAMSTEC 地球深部ダイナミクス研究分野
協力機関
京都大学 学際融合教育研究推進センター
協力機関
京都大学 理学研究科
協力機関
京都大学 防災研究所
協力機関
理化学研究所 計算科学研究機構
協力機関
北海道大学 理学研究院
協力機関
九州大学 理学研究院
協力機関
名古屋大学 宇宙地球環境研究所 （草野 完也）分担機関（サブ課題責任者）
千葉大学 大学院理学研究科
分担機関
関西学院大学
協力機関
京都大学 学術情報メディアセンター
協力機関
神戸大学
協力機関
東北大学
協力機関
理化学研究所 計算科学研究機構
協力機関
筑波大学 計算科学研究センター （梅村 雅之）分担機関（サブ課題責任者）
岡山大学大学院環境生命科学研究科
分担機関

別添2（別紙1） 1 / 10 ページ

（別紙２）

所要経費

１．ベース目標における所要経費
１－（１）全体計画
費目種別
調査研究・準備研究
大項目
中項目
H28年度
H29年度
設備備品費
9,587
試作品費
0
人件費
16,865
消耗品費
3,464
国内旅費
4,796
外国旅費
7,819
業務
会議開催費
110
実施費
雑役務費
242
電子計算機諸費
2,204
その他
35
間接経費
13,791
設備備品費
6,912
物品費
消耗品費
2,273
人件費・ 人件費
34,823
謝金 謝金
0
旅費
旅費
15,812
外注費（雑役務費）
3,455
印刷製本費
15
会議費
102
その他 通信運搬費
48
光熱水料
0
その他（諸経費）
1,946
消費税相当額
4,084
間接経費
20,842
合計
58,91390,312（単位：千円）本格実施
H30年度 H31年度

旧区分

1,236
1,800
41,276
192
14,865
5,300
340
200
0
0
640
3,876
20,91890,6433,000
1,830
35,0760
15,143
6,000
488
1,435
12
0
0
2,915
19,771
85,670１－（２）機関ごと
機関名（代表者）
代表機関：神戸大学 （牧野 淳一郎）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
0
試作品費
0
人件費
3825
消耗品費
334
国内旅費
282
外国旅費
0
業務
会議開催費
110
実施費
雑役務費
0
電子計算機諸費
0
その他
24
間接経費
1,372
設備備品費
0
0
0
物品費
消耗品費
49
0
0
人件費・ 人件費
6,567
8,257
5,732
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
394
701
780
外注費（雑役務費）
676
0
0
印刷製本費
0
0
0
会議費
102
200
1,435
その他 通信運搬費
0
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）
4350
消費税相当額
1,104
619
468
間接経費
2,669
2,943
2,524
合計
5,947
11,56512,755
10,939

新区分

325,538（単位：千円）

旧区分

新区分

41,206（単位：千円）

別添2（別紙2） 2 / 10 ページ

機関名（代表者）
東京工業大学 （井田 茂）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
682
試作品費
0
人件費
4,529
消耗品費
0
国内旅費
448
外国旅費
2,155
業務
会議開催費
0
実施費
雑役務費
0
電子計算機諸費
0
その他
0
間接経費
2,344
設備備品費
483
104
0
物品費
消耗品費
0
0
0
人件費・ 人件費
6,918
6,940
6,481
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
1,947
2,846
2,661
外注費（雑役務費）
0
0
0
印刷製本費
0
0
0
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
0
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）0120
消費税相当額
689
724
657
間接経費
3,010
3,188
2,940
合計
10,15813,047
13,814
12,739

旧区分

新区分

49,758（単位：千円）機関名（代表者）
大阪大学 （富田 賢吾）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
488
試作品費
0
人件費
0
消耗品費
0
国内旅費
121
外国旅費
396
業務
会議開催費
0
実施費
雑役務費
0
電子計算機諸費
144
その他
0
間接経費
600
設備備品費
468
0
0
物品費
消耗品費
20
72
0
人件費・ 人件費
2,324
3,680
2,777
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
1,772
1,109
1,717
外注費（雑役務費）
51
0
0
印刷製本費
0
0
0
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
0
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）
600
消費税相当額
296
365
305
間接経費
1,481
1,568
1,440
合計
1,749
6,418
6,794
6,239

別添2（別紙2） 3 / 10 ページ

旧区分

新区分

21,200（単位：千円）
機関名（代表者）
理化学研究所計算科学研究機構 （牧野淳一郎）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
0
試作品費
0
人件費
0
消耗品費
251
国内旅費
127
外国旅費
319
業務
会議開催費
0
実施費
雑役務費
60
電子計算機諸費
0
その他
0
間接経費
227
設備備品費
0
0
0
物品費
消耗品費
36
374
380
人件費・ 人件費
0
0
0
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
554
789
769
外注費（雑役務費）
183
0
0
印刷製本費
0
0
0
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
0
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）
2900
消費税相当額
14
15
20
間接経費
245
353
351
合計
984
1,061
1,531
1,520

旧区分

新区分

5,096
（単位：千円）機関名（代表者）
神戸大学 （林祥介）
費目種別調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
4,280
試作品費
0
人件費
2,968
消耗品費
752
国内旅費
1,638
外国旅費
276
業務
会議開催費
0
実施費
雑役務費
15
電子計算機諸費
0
その他
11
間接経費
2,982
設備備品費
1,355
0
0
物品費
消耗品費
572
383
500
人件費・ 人件費
6,965
7,726
7,350
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
3,860
2,089
2,424
外注費（雑役務費）
0
350
300
印刷製本費
0
0
488
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
1
0
12
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）145
2140
消費税相当額
607
634
226
間接経費
4,052
3,419
3,390
合計
12,922
17,557
14,815
14,690

別添2（別紙2） 4 / 10 ページ

旧区分

新区分

59,984

（単位：千円）
機関名（代表者）
東京大学 （小河 正基）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
0
試作品費
0
人件費
0
消耗品費
294
国内旅費
506
外国旅費
0
業務
会議開催費
0
実施費
雑役務費
0
電子計算機諸費
0
その他
0
間接経費
240
設備備品費
429
332
0
物品費
消耗品費
164
29
400
人件費・ 人件費
0
0
0
謝金 謝金
0
192
0
旅費
旅費
764
1,497
1,265
外注費（雑役務費）
388
150
0
印刷製本費
0
0
0
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
0
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）
0930
消費税相当額
0
51
35
間接経費
524
703
510
合計
1,040
2,269
3,047
2,210

旧区分

新区分

8,566
（単位：千円）機関名（代表者）
京都大学 （竹広 真一）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
0
試作品費
0
人件費
0
消耗品費
0
国内旅費
375
外国旅費
0
業務
会議開催費
0
実施費
雑役務費
24
電子計算機諸費
0
その他
0
間接経費
119
設備備品費
0
0
0
物品費
消耗品費
0
29
200
人件費・ 人件費
0
0
0
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
1,056
642
965
外注費（雑役務費）
0
500
0
印刷製本費
0
0
0
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
0
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）108630
消費税相当額
34
34
35
間接経費
359
380
360
合計
518
1,557
1,648
1,560

旧区分

新区分

5,283

（単位：千円）
別添2（別紙2） 5 / 10 ページ

機関名（代表者）
名古屋大学 （草野 完也）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
3,156
試作品費
0
人件費
2,828
消耗品費
762
国内旅費
505
外国旅費
256
業務
会議開催費
0
実施費
雑役務費
0
電子計算機諸費
2,060
その他
0
間接経費
2,870
設備備品費
1,899
800
1,500
物品費
消耗品費
1,153
145
0
人件費・ 人件費
5,765
6,681
6,481
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
1,606
1,148
769
外注費（雑役務費）
1,120
2,000
3,700
印刷製本費
15
340
0
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
15
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）
1,194
51
0
消費税相当額
588
567
539
間接経費
4,007
3,520
3,897
合計
12,437
17,362
15,252
16,886

旧区分

新区分

61,937（単位：千円）機関名（代表者）
千葉大学 （堀田 英之）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
0
試作品費
0
人件費
0
消耗品費
317
国内旅費
190
外国旅費
0
業務
会議開催費
0
実施費
雑役務費
3
電子計算機諸費
0
その他
0
間接経費
153
設備備品費
0
0
0
物品費
消耗品費
279
349
350
人件費・ 人件費
0
0
0
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
457
403
413
外注費（雑役務費）
0
0
0
印刷製本費
0
0
0
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
0
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）
46880
消費税相当額
20
25
17
間接経費
241
260
234
合計
663
1,043
1,125
1,014

別添2（別紙2） 6 / 10 ページ

旧区分

新区分

3,845

（単位：千円）
機関名（代表者）
筑波大学 （梅村 雅之）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
981
試作品費
0
人件費
2,715
消耗品費
754
国内旅費
604
外国旅費
4,417
業務
会議開催費
0
実施費
雑役務費
140
電子計算機諸費
0
その他
0
間接経費
2,884
設備備品費
2,278
0
1,500
物品費
消耗品費
0
372
0
人件費・ 人件費
5,907
6,790
6,255
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
2,749
3,199
2,423
外注費（雑役務費）
37
1,700
1,000
印刷製本費
0
0
0
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
31
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）372
00
消費税相当額
703
717
571
間接経費
3,624
3,834
3,525
合計
12,495
15,701
16,612
15,274

旧区分

新区分

60,082（単位：千円）機関名（代表者）
名古屋大学（石原卓） 岡山大学（石原卓）
費目種別
調査研究・準備研究
本格実施
大項目
中項目
H28年度
H29年度
H30年度 H31年度
設備備品費
試作品費
人件費
消耗品費
国内旅費
外国旅費
業務
会議開催費
実施費
雑役務費
電子計算機諸費
その他
間接経費
設備備品費
0
0
0
物品費
消耗品費
0
47
0
人件費・ 人件費
377
1,202
0
謝金 謝金
0
0
0
旅費
旅費
653
442
957
外注費（雑役務費）
1,000
600
1,000
印刷製本費
0
0
0
会議費
0
0
0
その他 通信運搬費
1
0
0
光熱水料
0
0
0
その他（諸経費）
42840
消費税相当額
29
125
42
間接経費
630
750
600
合計
0
2,732
3,250
2,599

別添2（別紙2） 7 / 10 ページ

旧区分

新区分

8,581

１－（３）サブ課題ごと
大項目
設備備品費
試作品費
人件費
業務実施費
間接経費
全体取り
物品費
まとめ
人件費・謝金
旅費
その他
間接経費
小計
設備備品費
試作品費
人件費
業務実施費
間接経費
サブ課題
物品費
Ａ
人件費・謝金
旅費
その他
間接経費
小計
設備備品費
試作品費
人件費
業務実施費
間接経費
サブ課題
物品費
B
人件費・謝金
旅費
その他
間接経費
小計
設備備品費
試作品費
人件費
業務実施費
間接経費
サブ課題
物品費
C
人件費・謝金
旅費
その他
間接経費
小計
設備備品費
試作品費
人件費
業務実施費
間接経費
サブ課題
物品費
D
人件費・謝金
旅費
その他
間接経費
小計
合計

（単位：千円）調査研究・準備研究
H28年度
H29年度
9,587
0
16,865
18,67013,791
9,185
34,823
15,812
9,650
20,842
58,91390,312
1,170
0
4,529
4,021
3,171
1,007
9,242
4,273
1,268
4,736
12,891
20,526
4,280
0
6,793
4,641
4,713
2,569
13,532
6,074
3,169
7,604
20,42732,948
3,156
0
2,828
4,093
3,023
3,331
5,765
2,063
2,998
4,248
13,10018,405
981
0
2,715
5,915
2,884
2,278
6,284
3,402
2,215
4,254
12,495
18,43358,91390,312

本格実施
H30年度 H31年度

計

旧区分
3,036
41,46814,865
10,356
20,91890,643

4,830
35,07615,143
10,85019,771
85,670

新区分
325,538
旧区分

550
10,620
4,744
1,116
5,109
22,139

380
9,258
5,147
982
4,731
20,498

新区分
76,054
旧区分773
16,175
4,929
2,943
7,445
32,265

1,100
13,082
5,434
2,999
6,784
29,399

新区分
115,039
旧区分

1,294
6,681
1,551
3,071
3,780
16,377

1,850
6,481
1,182
4,256
4,131
17,900新区分
65,782
旧区分

419
7,992
3,641
3,226
4,584
19,86290,643

1,500
6,255
3,380
2,613
4,125
17,87385,670

新区分
68,663
325,538

各項目の金額は千円単位（千円未満は切り捨て）とし、原則として消費税込みで記載してください。
別添2（別紙2） 8 / 10 ページ

（別紙３）「京」の計算資源量

１．目標
H28年度
1,809,813

サブ課題Ａ
惑星集積
原始惑星系円盤サブ課題Ｂ
204,041
岩石惑星
ガス惑星
惑星大気
サブ課題C
2,309,334
太陽対流層
磁気リコネクション
地球磁気圏
サブ課題D
0
量子化学計算ダスト計算
合計
4,323,188

H29年度
633,590422,393
211,197
633,590
56,31914,080563,191
1,379,816
1,126,382
168,957
84,479380,154
154,878
225,276
3,027,150（単位：ノード時間/年）
H30年度
H31年度
760,3082,250,000
506,871
1,500,000
253,437
750,000
760,308 10,250,000
14,837200,000
3,710
50,000741,761 10,000,000
1,655,779
4,900,000
1,351,656
4,000,000
202,749
600,000
101,374
300,000
456,185
1,350,000
185,854550,000
270,331800,000
3,632,580 18,750,000

別添2（別紙3） 9 / 10 ページ

（別紙４）「京」以外の計算資源量

１．目標
サブ課題Ａ
惑星集積
原始惑星系円盤
サブ課題Ｂ
岩石惑星
ガス惑星
惑星大気
サブ課題C
太陽対流層
磁気リコネクション

地球磁気圏
サブ課題D
量子化学計算
ダスト計算
合計

H28年度
150,000
100,000
50,0000000430,000
300,000
100,000
30,000000580,000

H29年度
150,000
100,000
50,000350,000
100,000
200,000
50,000430,000
300,000
100,000
30,000700,000
300,000
400,000
1,630,000（単位：ノード時間/年）
H30年度
H31年度
計算資源機関名
200,000
200,000
宇宙航空研究開発機構 スーパーコンピュータ・システム
150,000
150,000(JSS2)
50,00050,0002,650,000
2,650,000
京都大学情報環境機構 スーパーコンピュータシステム(Cray
600,000
600,000
XC-40)
2,000,000
2,000,000 海洋研究開発機構 地球シミュレータ (NEC SX-ACE)
50,00050,000650,000
650,000
名古屋大学情報基盤センター スーパーコンピュータシステム
500,000
500,000(FX100)100,000
100,000 海洋研究開発機構 地球シミュレータ (NEC SX-ACE)
50,00050,000840,960
1,121,280 筑波大学計算科学研究センター 計算機システム
420,480
560,640 (HA-PACS/TCA (PACS-VIII), COMA (PACS-IX))
420,480
560,640 最先端共同HPC基盤施設 計算機システム(Oakforest-PACS)
4,340,960
4,621,280

別添2（別紙４） 10 / 10 ページ