Mesospheric ionization during substorm growth phase

サブストーム形成期における中間圏電離

村瀬 清華*; 片岡 龍峰*; 西山 尚典*; 西村 耕司*; 橋本 大志*; 田中 良昌*; 門倉 昭*; 冨川 喜弘*; 堤 雅基*; 小川 泰信*; 内田 陽仁*; 佐藤 薫*; 笠原 慧*; 三谷 烈史*; 横田 勝一郎*; 堀 智昭*; 桂華 邦裕*; 高島 健*; 笠原 禎也*; 松田 昇也*; 小路 真史*; 松岡 彩子*; 篠原 育*; 三好 由純*; 佐藤 達彦   ; 海老原 祐輔*; 田中 高史*

Murase, Kiyoka*; Kataoka, Ryuho*; Nishiyama, Takanori*; Nishimura, Koji*; Hashimoto, Taishi*; Tanaka, Yoshimasa*; Kadokura, Akira*; Tomikawa, Yoshihiro*; Tsutsumi, Masaki*; Ogawa, Yasunobu*; Uchida, Akihito*; Sato, Kaoru*; Kasahara, Satoshi*; Mitani, Takefumi*; Yokota, Shoichiro*; Hori, Tomoaki*; Keika, Kunihiro*; Takashima, Takeshi*; Kasahara, Yoshiya*; Matsuda, Shoya*; Shoji, Masafumi*; Matsuoka, Ayako*; Shinohara, Iku*; Miyoshi, Yoshizumi*; Sato, Tatsuhiko; Ebihara, Yusuke*; Tanaka, Takashi*

巨大な太陽フレアによってもたらされる太陽風により磁気圏内にエネルギーが溜まり、そのエネルギーが一気に解放されるサブストームが発生する。そのサブストームが発生する際、高エネルギー電子が大量に中間圏まで降り注ぐ事象(EEP)がしばしば観測されるが、その詳細な発生メカニズムは解明されていない。本研究では、あらせ衛星により観測された2つのEEPに対して、3次元グローバル電磁流体力学的(MHD)シミュレーションや放射線挙動解析コードPHITSを使った解析によりその発生メカニズムを検討した。その結果、カレントシート散乱とwave-particle散乱がEEPの初期及びサブストーム発生後に重要な役割を果たしていることが示唆された。

We identified two energetic electron precipitation (EEP) events during the growth phase of moderate substorms and estimated the mesospheric ionization rate for an EEP event for which the most comprehensive dataset from ground-based and space-born instruments was available. The mesospheric ionization signature reached below 70 km altitude and continued for ~15 min until the substorm onset, as observed by the PANSY radar and imaging riometer at Syowa Station in the Antarctic region. We also used energetic electron flux observed by the Arase and POES 15 satellites as the input for the air-shower simulation code PHITS to quantitatively estimate the mesospheric ionization rate. Combining the cutting-edge observations and simulations, we shed new light on the space weather impact of the EEP events during geomagnetically quiet times, which is important to understand the possible link between the space environment and climate.