学技術 文 総合講義
学技術 文 総合講義
地球 学
地球 学
片岡龍峰
片岡龍峰
最終回： 2012 年 7 月 23 日
学
地球電磁気学会
い 場所 ？
復習
い 場所 ？
• A) A) 磁気圏 磁気圏 B) B) 電離圏 電離圏 C) C)
(km)
電子＆ ン ( )
400
オーロラ ひ るしくみ
ネ UP！↑↑
ネ DOWN↓↓
酸素や窒素↑
ネ DOWN↓↓
←磁力線 100
～ 0
～
～
地
答え： い 場所 電離圏 粒子 磁気圏 降
復習 ： 陽紫 線 電離 原因 夜 電離圏 あ ？
電離圏
答え：昼 出来 電離圏 夜 消え 残 い
After Johnson (1969)
電離圏
F‐region 0.1%
0.0001%
E‐region
NO N O 分子 ン 再結合 速い 夜 中性
ionosphere thermosphere
NO e N O
O e O photon 分子 ン 再結合 速い 夜 中性
原子 ン 再結合 い 長持
色 意味
い 復習：高い高度 酸素原子 多 い高度 窒素分子 多い
色 意味
酸素原子 禁制線
• 酸素原子 禁制線
– 赤 630.0 nm
典型的 電子 ネ• 高度 > 200 km, E < 400 eV, T = 147 s
– 緑 557.7 nm
• 高度 100‐150 km, E = 2‐10 keV, T = 0.7 s
発 要 典型的 時間
• 窒素分子 ン
ン 670 0 nm
典
– ン 670.0 nm
• 高度 80‐100 km, E > 10 keV, T = 7 μs
高い ネ 粒子 い高度 侵入 分子 い
い高度 粒子 多い 衝突 前 瞬時 放
別 答え：極域 紫 線 粒子 電離圏 積極的 作 い
夜 電離圏？
紫 線 当 い い
い
(Newell et al., 2001)
磁気圏 粒子
磁気圏 粒子
一方的 降 わ 電離圏 情報
味 降 い
速：実際 磁気圏 電離圏 間 生 電 差 粒子 速さ い 速さ 証拠 強い電磁波 出
速さ 証拠 強い電磁波 出 電磁波 出方 半球 南半球 違う
地球電磁気学会
電子 流 いう
電子 流 いう
電流 向 流 い
ン 最 多 希望
復習 脱線
ン 最 多 希望
最後 詳 い授業 い
• 最後 詳 い授業 い
– 普通 人 聞い い 研究
話 う
話 う
• 磁気圏 電離圏 研究 国際的 重要
発見 生 特 日本人 いえ
発見 生 特 日本人 いえ
– サ 赤祖父 生 60 年代
– 電離圏 流分布 布 西璴 生 60 年代 磁力計
– 沿磁力線電流分布 飯島 生 70 年代 人 衛昙
• 80‐90 年代： 別 謎 続々 発見さ
– 流 電流 統一理解 璴中 生 現在 数値実験
60年代 地 観測 繋い 発見： 輪 地球規模 激 変
→実際 見 う い 参照：IMAGE衛昙 昚像
． サ 磁気圏 何 起 い ：磁気圏サ 問題
．磁気圏 電離圏 うや 繋 い ：磁気圏電離圏結合問題
南極 学 福西 國分 松浦 1983
7月19日 陽 似 う
電離圏 流 電 分布
60年代 地 磁力計 求 電離圏 動 流 ＝衛昙 求 電 分布
電離圏 流 電 分布
細川さ 電通大
激 い時 電離圏 回
？
？
流 E B方向 流
方 朝 向 100kV 電 差 あ
流 ＝ ExB方向 流
等電 線 沿 一周
沿磁力線電流 流
70年代 人 衛昙 発見：磁気圏 電離圏 ン 電流 分布
沿磁力線電流 流
略式 理解 絵
観測結果
細川さ 電通大
明 向 沿磁力線電流 薄い
磁気圏 電離圏へ電子 降 注い い
Kristian Birkeland (1867 1917)
Kristian Birkeland (1867‐1917)
物理法則 現象 理解 う 駆的 学者 学会 参
立 東京 病死 い
寺 彦 随筆 教授
寺璴 彦 随筆 B教授 死
磁気圏 発電 電離圏 電力消費
実際 電流 流 方 複雑 高緯度 電流系Region1 緯度 電流系Region2
磁気圏 発電 電離圏 電力消費
細川さ 電通大
磁気圏 電離圏 磁気流体 数値実験 流 電流 サ 統一理解
現在：数値実験 流 電流 同時 再現！ Nishida 1966
流分布
Iijima Potemura
1976
Tanaka 2007 SSR 1976
電流分布
磁気圏 電離圏 接 3D
磁気圏 電離圏 接 3D
磁気流体力学 統一的 理解 え
現在：数値実験 磁気圏サ 再現 成 ！
Tanaka et al. (2010, JGR)( , )
解明さ ？
解明さ ？
大 分布 解 さ あ
• 大 分布 解明さ あ
• 実際 実際 未解明問題 未解明問題 例え 例え
模様や動 何 表 い ？
性能 桁違い
– 性能 桁違い
見 何 見 い ？
ッ あ
電子 作 組 ？
電 作 組
DC 速
~70%
AC 速
~30% 70% 30% 0.1 keV
1 keV
うや // 電場 出来 ？ 10keV
電場 出来 ？
衝撃波 速
並 並 普 的
速 程 ？
aurora3d.jp
詳 見 地球
速域
90年代：人 衛昙 直接観測 ： 速域 大 3種類 分
速域
(C. Carlson, from Auroral Plasma Physics, International Space Science Institute, 2003)
解明 貢献 日本 あ 衛昙 長 命 極軌道衛昙 ネ 記録更新中！
巻 方？
巻 方
巻 方 崩 方
数値実験 巻 方 理解 変わ あ
巻 方 崩 方
速域 あ ン
KH 支配的 巻
速域 い ン
KH ン 崩
Chaston and Seki (2011 JGR)
磁気 波動 生
• 磁気圏 波動 発生 い
– 電波 電波 音波 音波 変換 変換 聞 聞 え え
• 波動 磁気圏 閉 込 電
子 大気 叩 落 や
子 大気 叩 落 や
い
– 脈動 組 謎
• 波動 波動 電子 電子 共鳴 共鳴 速 速 放 放
射線帯 発生 いう 最近 学説
放射線帯 表裏一体 関係？
放射線帯 表裏一体 関係？
陽子や電子 双曲子
磁場 閉 込 ？
磁場 閉 込 ？
サ ン運動 磁場 巻 付
．サ ン運動 磁場 巻 付
． 運動 磁場 沿 跳 返
． 運動 磁場 垂直 い
運動
． 運動
． 運動 磁気圏 粒子 軌道 曲
大気 落
学 応用 挑戦
磁場 殆 無 ？ 陽風 強 去 ？？大気 変 ？？？
学 応用 挑戦
Ion outflow
= 大気流出？ CME mass loss
暗い 陽 ッ ？
10 MA x 100 kV = TW
=気候へ 影響？
=暗い 陽 ッ ？
Ring currentg
= 磁気嵐
= 地磁気1%減
= 地 へ 影響？
aurora3d.jpjp
ン 極 期 ン 極 期
う 場合 ？
33
昙 ？磁気圏 ？
昙 ？磁気圏 ？
[Bagenal, 1992]
[ g , ]
磁気圏 電離圏 日本人 発見 中心
• 磁気圏 電離圏 日本人 発見 中心
学 い 紹
サ 赤祖父 生 60 年代
– サ 赤祖父 生 60 年代
– 電離圏 流分布 西璴 生 60 年代 磁力計
– 沿磁力線電流分布 沿磁力線電流分布 飯島 飯島 生 生 70 70 年代 年代 人 人 衛昙 衛昙
– 流 電流 統一理解 璴中 生 現在 数値実験
• 大 大 分布 分布 解明さ 解明さ あ あ 中 中
未解明問題 以 例 挙
– 模様や動 何 表 い ？
– 放射線帯 表裏一体 脈動 組 ？
– 大 異 う変わ ？
最終回 ン
最終回 ン
感想 自璵 さ
• 感想 自璵 記入 さい
• 地球 地球 学 学 受 受
– 何 学び ？
興味 持 ？
– 興味 持 ？
– 地球 学 重要 思い ？
陽地球環境 大地 陽系 果 生命 盾 生命 脅 槍
災害 磁気嵐 停 放射線嵐 被 気 報 災害 磁気嵐 大停電 放射線嵐 被 気予報 陽気候関係 ン 極 期 魔女狩 線 雲 関係
地球 暗い 陽 ッ 去最悪 環境 探
