国立大学法人東海国立大学機構 黑料网宇宙地球环境研究所の北村 成寿 特任助教、三好 由純 教授、中村 紗都子 特任助教、小路 真史 特任助教は、東京大学大学院理学系研究科の天野 孝伸 准教授、京都大学生存圏研究所の大村 善治 教授と小嶋 浩嗣 教授、東北大学大学院理学研究科の北原 理弘 助教と加藤 雄人 教授、国立研究開発法人宇宙科学研究所（JAXA）齋藤 義文 教授、大阪大学大学院理学研究科の横田 勝一郎 准教授らを含む国際研究グループと共同で、アメリカ航空宇宙局（NASA）のMagnetospheric Multiscale (MMS)衛星編隊注3)に搭载された低エネルギー电子计测装置(贵笔滨-顿贰厂)注4)と电磁场の计测データの解析によって、地球近傍の磁気圏外の宇宙空间(（昼侧）磁気リコネクション近傍、磁気シース领域注2))で电子がホイッスラーモード波动と呼ばれるプラズマ波动にエネルギーを供给している现场を捉え、电子から波动へのエネルギー输送率を直接计测し波动の成长率を観测に基づいて导出することに成功しました。更に観测结果が非线形成长注5)と呼ばれる効率的な波动成长が起きていることと整合していることが分かりました。ホイッスラーモード波动は、磁気圏で放射线帯の相対论的エネルギー粒子加速に寄与したり、电子を散乱して脉动オーロラの粒子降り込みを引き起こしたりするなど、宇宙空间での粒子加速や散乱に重要な役割を果たしていると考えられる波动ですが、その効率的な成长が宇宙空间において直接的に捉えられたのは初めてとなり、宇宙空間での粒子加速?散乱、电磁波生成過程の理解を進展させることが期待されます。
本研究の成果は2022年10月28日18時（日本時間）イギリス科学誌「Nature Communications」に掲載されました。
?宇宙空间において、电子がホイッスラーモード波动注1)にエネルギーを受け渡していることを示す物理量の観测に成功。
?観测结果が非线形成长と呼ばれる効率の良い波動の成長が起きていることに整合。
?磁気リコネクション注2)の近傍でも、ホイッスラーモード波动が非线形成长しうることを実証。
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注1）ホイッスラーモード波动と呼ばれるプラズマ波动：
プラズマに特有の波動がプラズマ波動と呼ばれ、今回扱うホイッスラーモード波動はプラズマ波動の中の电磁波に分類される波動の一種。背景の磁場に対して右回り(電子のサイクロトロン運動と同じ向き)をし(図1)、電子のサイクロトロン周波数より下の周波数のみに存在できるという特徴を持つ。磁気圏内で盛んに研究されているコーラス波動もホイッスラーモード波動の一種である。
注2）（昼侧)磁気リコネクション、磁気シース领域:
磁気リコネクションは宇宙空间において磁场が平行でないときに起きる磁场のつなぎ替わり现象。磁気圏昼侧や磁気圏尾部など宇宙空间のさまざまな领域で発生し、磁场のつなぎ替わりによって磁场のエネルギーが荷电粒子に渡され、粒子加速を引き起こす现象。磁気シース领域は太阳风が磁気圏の全面で减速されて亜音速になっている领域(図2)。昼侧磁気リコネクションは磁気圏と磁気シースの境界においてそれぞれの领域の磁场が平行でないときに起きる(図3)。
注3）Magnetospheric Multiscale(MMS)衛星編隊：
アメリカ航空宇宙局(NASA)が地球の磁気圏で発生する磁気リコネクションの研究を主目的として打ち上げた4機編隊の衛星で、三角錐の形のフォーメーションを組んで観測を行う。今回の研究で使用したデータを取得した時期には約10 km程度の間隔で編隊飛行を行っていた。(https://mms.gsfc.nasa.gov/)
注4）低エネルギー電子計測装置(FPI-DES: Fast Plasma Investigation-Dual Electron Spectrometer)：
约6电子ボルト(别痴)から30キロ电子ボルト(办别痴)のエネルギーを持つ电子を0.03秒という过去に例のない时间分解能(100倍以上)で観测する観测器。各卫星の四方に搭载し、全天全方位をカバーする。
注5）非线形成长：
大振幅の电磁サイクロトロン波动(ホイッスラーモード波动を含む)について、従来の线形理论に比べて効率の良い成长の可能性を示した理论。波动の周波数が时间的に変动していくことや磁场の强度に空间勾配があることが本质的に重要とされている。本研究では惭惭厂卫星が4机编队であるため4点観测で磁场强度の空间勾配を観测可能で、それを用いて仮定は最低限で観测された物理量を使用して理论との整合を示した。
雑誌名：Nature Communications (※オープンアクセスのNature姉妹誌)
論文タイトル：Direct observations of energy transfer from resonant electrons to whistler-mode waves in magnetosheath of Earth
着者：
*北村 成寿 (黑料网 宇宙地球环境研究所)
天野 孝伸 (東京大学大学院 理学系研究科 地球惑星科学専攻)
大村 善治 (京都大学 生存圏研究所)
S. A. Boardsen (NASA Goddard Space Flight Center/Goddard Planetary Heliophysics Institute, University of Maryland, Baltimore County)
D. J. Gershman (NASA Goddard Space Flight Center)
三好 由純 (黑料网 宇宙地球环境研究所)
北原 理弘 (東北大学大学院 理学研究科 地球物理学専攻)
加藤 雄人 (東北大学大学院 理学研究科 地球物理学専攻)
小嶋 浩嗣 (京都大学 生存圏研究所)
中村 紗都子 (黑料网 高等研究院/宇宙地球环境研究所)
小路 真史 (黑料网 宇宙地球环境研究所)
齋藤 義文 (宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所)
横田 勝一郎 (大阪大学大学院 理学研究科 宇宙地球科学専攻)
B. L. Giles (NASA Goddard Space Flight Center)
W. R. Paterson (NASA Goddard Space Flight Center)
C. J. Pollock (Denali Scientific)
A. C. Barrie (NASA Goddard Space Flight Center/Aurora Engineering)
D. G. Skeberdis (NASA Goddard Space Flight Center/a.i. solutions Inc.)
S. Kreisler (NASA Goddard Space Flight Center/Aurora Engineering)
O. Le Contel (Laboratoire de Physique des Plasmas, CNRS/Ecole Polytechnique/Sorbonne Université/Université Paris-Sud/Observatoire de Paris)
C. T. Russell (Department of Earth, Planetary, and Space Science, University of California, Los Angeles)
R. J. Strangeway (Department of Earth, Planetary, and Space Science, University of California, Los Angeles)
P.-A. Lindqvist (Royal Institute of Technology, Sweden)
R. E. Ergun (University of Colorado, Boulder)
R. B. Torbert (Southwest Research Institute/Department of Physics, University of New Hampshire)
J. L. Burch (Southwest Research Institute)
*责任着者
DOI: 10.1038/s41467-022-33604-2
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