情報システム工学専攻

2010 年度修士論文要旨

地球磁気圏近尾部領域におけるLH 帯低周波波動の統計解析
0955007 高橋 和也
1. はじめに

表 1: LH 帯波動の領域別観測数

Geotail 衛星が飛翔し始めて十数年が経ち，この間に地球磁気圏の構造や，多くの波動現象が解明されてきた. 本研究室は DC〜32Hz の超低周波波動の解析を行っのべ観測時間

観測数

観測頻度

[秒]

[秒 ]

[％]

356475763

0.214

Lobeており, 超低周波帯波動のデータが多く蓄積されていPSBL

2414179765

0.0317

るが, これらのデータについてあまり解析が進んでいな

その他

14188880315

0.0000222

い. 本研究では LH 帯波動の発生条件を調べるために,

計

169788191843

0.000109

Geotail 衛星に搭載された電場観測装置 (EFD) によって得られた電界データを用いて，地球磁気圏で観測された LH 周波数帯のプラズマ波動の解析を行う．更に磁さらに，Lobe，PSBL，その他の領域で観測された場やイオンなどのプラズマ環境を調査し，LH 帯波動

LH 帯波動の空間分布を比較した．図 1 に Lobe，図 2が発生している領域の特定や発生条件に関する統計解に PSBL での空間分布を示す．LH 帯波動は磁気圏内で析を行う．まず，Geotail 衛星が −30 < X < 30[RE ] の広く観測されているが，連続して発生している LH 帯間を飛翔している 1995 年 3 月〜1996 年 12 月までの波動は主に X < −10[RE ] の磁気圏尾部領域で観測さ観測データを用いて基礎解析を行った．基礎解析ではれていた．Lobe と PSBL での LH 帯波動が観測されてLH 帯波動が観測された領域分布や領域毎の空間分布いる領域は磁気圏尾部領域であり，空間分布が重なっを主に解析していく．さらに調査範囲を 1995 年 3 月ている．本来であれば粒子環境的に静かであるはずのから 1996 年 12 月まで Geotail 衛星の観測データのう

Lobe 領域で多くの LH 帯波動が観測されていることをち，X < −10[RE ] の磁気圏近尾部領域に絞り，この考えると，LH 帯波動が Lobe の全体で観測されている期間の波動データ，磁場データ，プラズマデータなどわけではなく，PSBL に近い境界領域で観測されてい様々な観測データを抽出し，LH 帯波動観測時のイオると推測できる．このことは，その他の領域でも特にン速度と LH 帯波動の観測頻度の相関や個別の LH 帯境界層領域で LH 帯波動が多く観測されていることと波動観測例なども含め，観測データ間の相関について合わせて，LH 帯波動が境界領域で発生しやすいこと解析する．

を示唆している．

2.LH 帯波動の基礎解析
1995 年 3 月から 1996 年 12 月までの EFD データを用いて LH 帯波動の自動判別を行い，LH 帯波動を 1843秒，連続して発生している LH 帯波動を 445 秒抽出した．まず，各領域における LH 帯波動の観測頻度を比較した．表 1 は LH 帯波動の領域別観測数及び発生頻度をまとめたものである．磁気圏の領域の中で観測頻度が一番高かったのはローブ（Lobe）で約 0.21 ％で-50-40-30-20ES-10G0Y 102030405050 40 30 20 10 0-10-20-30-40-50
X GSE

105ESG0Z-5-1050 40 30 20 10 0-10-20-30-40-50
X GSE

105あった．また，プラズマシート境界層（PSBL:PlasamaESG0Z

Sheet Boundary Layer）での観測頻度は約 0.03 ％で，そ-5の他では 0.00002 ％であった．したがって，領域別の観-10-50-40-30-20-10 0 10 20 30 40 50Y GSE

105ESG0Z -5-10-500Y GSE50 500X GSE-50

測頻度は Lobe，PSBL，その他の順で高かった．特にLobe における観測頻度は PSBL の約 7 倍であり，Lobeで LH 帯波動が発生しやすい要因があると考えられる．

図 1: Lobe で観測された LH 帯波動の空間分布；緑がLH 帯波動，赤が連続している LH 帯波動を表す．

情報システム工学専攻

2010 年度修士論文要旨-50-40-30-20ES-10G0Y 102030405050 40 30 20 10 0-10-20-30-40-50
X GSEい環境であるといえる．以上より，Lobe，PSBL とも10Vx ≧ 0 の条件時に観測頻度が高くなる傾向が見られ5た．このことは，磁気圏近尾部において地球方向のイESG0Zオンの流れがある場合に LH 帯波動が発生しやすいと-5-1050 40 30 20 10 0-10-20-30-40-50X GSEいうことを示している．
さらに，磁場に垂直方向のイオン速度の頻度分布を作成し，LH 帯波動観測時のイオンの持つエネルギー10105の傾向を調べた．図 3 に示したように，LH 帯波動観測

ESG0ZESG0Z-10-50-5-10-50-40-30-20-10 0 10 20 30 40 50Y GSE

時には磁場に垂直方向のイオン速度頻度分布が通常時0Y GSE

50 500X GSE-50と比べて大きくなっている．また，その傾向は連続波動観測時により顕著になっている．したがって，LH 帯
波動観測時に磁場に垂直方向のイオン速度が通常より

図 2: PSBL で観測された LH 帯波動の空間分布；緑がLH 帯波動，赤が連続している LH 帯波動を表す．

速い傾向があることがわかった．また，LH 帯波動の発生には磁場に垂直方向のイオンのエネルギーが関係しており，特に磁場に垂直方向のイオンのエネルギーが高い時に長時間の LH 帯波動が発生すると考えられる．

3. 磁気圏近尾部領域で観測された
LH 帯波動の統計解析
解析範囲を GSE 座標系で X < −10[RE ] の領域に絞り，磁気圏近尾部領域におけるイオン速度と LH 帯波動の観測頻度との相関を調べ，LH 帯波動の発生条件について考察した．まず，LH 帯波動と様々なプラズマパラメータとの関係について詳しく解析するため，磁気圏近尾部で観測された LH 帯波動の個別解析を行った．その結果，LH 帯波動の発生にはイオン流とそれに伴うイオンの垂直方向の温度上昇が関係している可能

0.350.30.250.2
合割0.150.1
0.0500

(a)

0.35
0.3
0.250.2
合割0.150.1
0.0500100 200 300 400 500V ⊥ [ km/s ]

(b)

0.35
0.3
0.250.2
合割0.150.1
0.0500100 200 300 400 500
V ⊥ [ km/s ](c)

100 200 300 400 500
V ⊥ [ km/s ]図 3: Lobe で Vx ≧ 0[km/s] の時の磁場に垂直方向のイオン速度の頻度分布；(a) 通常時，(b)LH 帯波動観測時，(c) 連続波動観測時

4. まとめと今後の課題性があることがわかった．そこで，イオン速度 Vx 及び本研究では LH 帯波動の発生条件を調べるために，磁場に対して垂直なイオン速度 V⊥ と LH 帯波動とのGeotail 衛星に搭載された電場観測装置 (EFD) によって相関を調べた．まず，Vx が正のときと負のときの LH観測されたデータから自動判別ツールで LH 帯波動を帯波動の観測数を調べた．表 2 はその結果である．

抽出し，LH 帯波動の頻度分布及び領域分布を調査した．さらに，LH 帯波動がよく観測されている Lobe と

表 2: LH 帯波動の条件別観測数
観測領域とのべ観測時間観測数

観測頻度

Vx [km/s] 条件[秒][秒][％]

Lobe Vx ≧ 056549

2660.470

Lobe Vx ＜ 01886044950.262

PSBL Vx ≧ 0618716

5610.0907

PSBL Vx ＜ 0603267

1860.0308

PSBL の境界領域を含む磁気圏近尾部領域に解析範囲を絞り，イオン速度と LH 帯波動の観測頻度との相関を調べた．
その結果，LH 帯波動は Lobe と PSBL の境界付近のイオン流が存在する領域で多く発生していることが明らかになった．また，LH 帯波動の発生時に磁場に垂直方向のイオン温度の上昇や地球方向のイオン流が観測されており，LH 帯波動の発生機構とそれらの現象

表 2 より，Lobe における LH 帯波動の観測頻度は Vxとの間に相関があると考えられる．

＜ 0 の時よりも Vx ≧ 0 の時の方が約 1.8 倍高く，Vx今後の課題として，観測された波動の偏波を調べる≧ 0 の時の方が LH 帯波動が発生しやすい環境である

等，波動のモードを特定する必要がある．さらに，LHといえる．PSBL における LH 帯波動の観測頻度でも帯周波数帯の波動の発生メカニズムを明らかにするた

この傾向は変わらず，Vx ＜ 0 の時よりも Vx ≧ 0 の時

めに，粒子の速度分布や直流電磁場を調べる等，よりの方が約 2.9 倍高く，やはり LH 帯波動が発生しやす

詳細な解析が必要である．