開催日時	2020（令和2）年11月18日（水） 12:30–13:20
開催場所	総合研究実験1号棟5階　HW525・オンライン（Zoom）
発表者	栗田怜（京都大学生存圏研究所・准教授）
関連ミッション	ミッション3 宇宙生存環境 ミッション5 高品位生存圏

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要旨

宇宙空間は真空ではなく、希薄な電離気体（プラズマ）で満たされており、その中を様々な電波（プラズマ波動）が飛び交っている。プラズマが希薄なために、粒子間衝突によるエネルギーのやり取りは起こらないが、その代わりに、プラズマ波動の電界・磁界がプラズマの加速・消失に重要な役割を果たす。この、プラズマとプラズマ波動の間で起こるエネルギーのやり取りを波動粒子相互作用と呼ぶ。地球周辺の宇宙空間においては、さまざまなエネルギーを持つプラズマが固有磁場に捕捉され、地球を周回している。地球周辺の宇宙環境の乱れに伴い、人工衛星に障害を引き起こすような、メガエレクトロンボルト（MeV）のエネルギーを持つ電子が生まれることが知られているが、この生成には、波動粒子相互作用が密接に関係していると考えられてきている。また、プラズマ波動の種類によっては、MeV電子を宇宙空間から消失させるものもあり、宇宙空間でプラズマ波動を計測し、その特性を明らかにすることは非常に重要な研究課題である。

地球の磁場に捕捉された電子の消失は、プラズマ波動によって電子の運動の軌道が乱され、地球大気に衝突することで起こる。この大気との消失により、オーロラが発生することが知られている。オーロラの発光を担うのは、キロエレクトロンボルト（keV）程度のエネルギーを持つ電子で、高度100 km程度で大気との衝突で消滅する。一方で、更にエネルギーの高い電子は、より低い高度まで侵入し、大気の異常電離・加熱を引き起こす。この過程により、高層大気の化学反応の時定数に変化が起こり、窒素酸化物（NOx）や水酸化物（HOx）の量が増加し、結果としてオゾンの破壊につながる可能性が指摘されている。

波動粒子相互作用という過程によって、宇宙空間で非常に高いエネルギーを持つ電子が生成され、生まれた高エネルギー電子は大気へと侵入し、高層大気へと影響を及ぼすという、一つのサイクルが生まれている。本発表では、このサイクルに関して紹介し、プラズマ波動が、生存圏に重要な役割をもちうることを示す。

図1： 宇宙から大気へのエネルギーインプットと生成されたNOxの輸送過程（Marshall et al., 2020）

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2020年11月4日作成