プラズマ圏内ESCH波の発生と非線形波動粒子相互作用

*小野 高幸[1], 大家 寛[2]

東北大学大学院理学研究科[1]
福井工業大学宇宙通信工学科[2]

Generation and Nonlinear Wave particle Interactions of ESCH Waves inside Plasmasphere

*Takayuki Ono[1] ,Hiroshi Oya [2]
Graduate School of Science, Tohoku University[1]
Fukui University of Technology[2]

Akebono satellite observations provided new understanding of plasmasphere that strong ESCH waves are filling up there. Namely, even in a moderate magnetic activity, ESCH waves called as EP-ESCH are often observable. EP-ESCH waves appear at the same propagation branch as the electrostatic resonances (fQn) identified in the topside ionograms of sounder observations by the Alouette and ISIS satellites and relaxation sounder experiment in the magnetosphere by GEOS satellite. Sometimes the EP-ESCH show the generation of nonlinear wave particle interactions generating (n+1/2)fH branch of the ESCH waves. These observation facts reveal a new picture of active state of plasmasphere.

１．はじめに：　あけぼの衛星によるプラズマ圏内プラズマ波動観 測データ中には、静電的電子サイクロトロン波（ESCH波）が頻繁に 観測されている。これまでのESCH波の観測は、Alouette、ISIS衛 星などのトップサイドサウンダー・イオノグラム中に発見された後、 OGO衛星による磁気圏プラズマ中における自然プラズマ波動として の(n+1/2)fHエミッションの発見など比較的アクティブなプラズマ 状態中に見出されるプラズマ波動としてとらえられてきた。現にプ ラズマ圏内においても磁気嵐に伴う(n+1/2)fHエミッションについ ては、あけぼの衛星観測の早期から注目されている。しかし、ここ で取り上げられるESCH波動は比較的穏やかな地磁気活動度の場合 にもプラズマ圏低緯度域に頻繁に出現している。この波動はプラズ マ圏低緯度域に出現することからEP-ESCH波動と名付けられる静電 的プラズマ波動であり、伝搬モードとしてはトップサイドサウンダ ー・イオノグラム中に見出されていたfQn共鳴を形成するESCH波動 のブランチに相当する。ここではそのシャープなスペクトル特性を 特徴とするEP-ESCH波の発生メカニズム並びに時折EP-ESCH波動に 伴って出現する狭帯域の(n+1/2)fHエミッションの非線形波動粒子 相互作用の可能性について議論したい。

２．EP-ESCH波動の特徴：　EP-ESCH波動の出現域は高度7000km以 上で緯度３０度以内の赤道域に広がり、全てのLocal Timeに出現す る。出現の高度と緯度範囲は発生エネルギー源となる粒子分布によ るものとも考えられるが、プラズマの特性周波数がfp/fc＞2を満た すことを必要とされるESCH波分散からの制約条件も重要な要素と なっていると考えられている。EP-ESCH波動は、UHR周波数が n<fUHR/fc<(n+1)である場合に、fUHR<ｆ<(n+1)fHのブランチにおい て、(n+1/2)fH<ｆ<(n+1)fHの周波数域に出現することを特徴として いる。この特徴はEP-ESCH波動の発生機構が温度異方性によるESCH 波不安定によるものであることを示すものとなる。一方EP-ESCH波 動はスペクトルの中心周波数が300-400kHzの場合で10dB以上減衰 するバンド幅が約600Hzと、極めてシャープなスペクトル特性を持 つ事を特徴としている。この点(n+1/2)fHを中心に比較的広帯域に 出現する磁気嵐時の(n+1/2)fHエミッションとは大きく異なる性質 である。更にこのような超狭帯域特性によって、EP-ESCHの発生メ カニズムについては温度異方性に基づくプラズマ不安定のみで説明 することは困難であり、その伝搬過程において狭帯域成分のみが選 択されるというプロセスを必要としている。事実、観測される EP-ESCH波動の出現スペクトルはESCH波動分散曲線において減衰を 受けず、しかも群速度がゼロとなるfQn周波数とは受信機の周波数 帯域（1kHz）以下の精度で一致することが示された。

３．非線形波動粒子相互作用の発生：　EP-ESCH波動は時にfUHRよ り低い周波数帯の(n+1/2)fHのブランチにEP-ESCH波とほぼ同じ狭 帯域特性を持って表れるESCH波を伴うことがある。この波動は (n+1/2)fHのブランチに因んでfOHエミッションと名付けられてい る。fOHエミッションは複数同時に表れる事がああり、その中には EP-ESCH波動とほぼ完全にfHの周波数間隔を持っているものも含ま れるが、fQ（n+1）の周波数と2fHの関係を持つもの等、複数タイプ の非線形波動粒子相互作用が同時に展開している事を物語っている。