後期 火曜日 ４講時. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員/Instructor : 三澤 浩昭, 市來 雅啓, 熊本 篤志, 理学部非常勤講師. 学期/Semester: 後期. 開講年度/Year: 2024. 科目ナンバリング/Course code/number: SGP-EPP542E. 使用言語/Language Used in Course: 英語.
熊本 篤志：地球物理学専攻 宇宙地球電磁気学分野
三澤 浩昭：惑星プラズマ・大気研究センター 惑星圏物理学分野
市來 雅啓：地震・噴火予知研究観測センター 沈み込み帯物理学分野
三好 由純（非常勤講師）：名古屋大学 宇宙地球環境研究所
宇宙空間プラズマ物理学特論Ⅱ（プラズマ波動・電磁波・電磁場・計測学）
Advanced Space Plasma Physics II
宇宙空間のプラズマや粒子、電磁場に関わる物理とその計測法の理解は、太陽・惑星・衛星の多様な電磁環境や変動を理解し、正しくその特徴を把握するために重要である。この授業では、宇宙空間のプラズマの波動や粒子の特徴とその直接計測や、電波のリモートセンシングによる電磁環境計測の基礎と応用を論じ、宇宙空間のプラズマ現象の理解に必要な能力を得ることを目的としている。加えて、電磁波や電磁場計測に基づく惑星表層～内部の探査・解析手法についても紹介する。
Due to significant expansion of the geophysics in the last century, the space plasma physics became to be one of the major scientific interest of our planet. This lecture on the space plasma physics introduces basic physical processes of the space plasma surrounding the Earth, planets, satellites and also the sun, and various measurement and evaluation methods for plasma waves, particles and electro-magnetic fields by using spacecraft and remote sensing from the ground. In addition, this lecture also introduces some techniques for exploration inside planets and satellites using electromagnetic waves and fields.
宇宙空間のプラズマ波動や粒子、地球・惑星圏の電磁場について、宇宙空間或いは地上での計測方法を理解し、プラズマ現象や電磁現象、電磁環境の観測・解析・理解を行う実力を身につける。
The goal of the lecture is to obtain understanding of basic plasma physics and measurement methods of various nature of space plasma, waves, particles and electro-magnetic fields.
授業内容] 以下の内容を予定する。
１．宇宙機による電波・プラズマ波動観測
２．電波の伝搬特性とリモート計測
３．惑星磁場とそのリモート計測
４．宇宙空間プラズマ物理基礎（集中講義）
[進度予定]
・通常講義
１．宇宙機による電波・プラズマ波動観測-1: アンテナ
２．宇宙機による電波・プラズマ波動観測-2: 受信機
３．宇宙機による電波・プラズマ波動観測-3: レーダ
４．電波のリモート計測-1: 電波の基礎と伝搬特性
５．電波のリモート計測-2: 観測装置
６．電波のリモート計測-3: 観測技法
７．惑星内部磁場の基礎理論と観測
８．惑星磁場データ解析の為の最適化法・逆問題の基礎
・集中講義「宇宙空間プラズマ物理基礎」
１．イントロダクション：地球圏・内部磁気圏
２．荷電粒子の運動
３．磁気流体力学の基礎
４．太陽風-磁気圏結合-1：太陽風パラメター依存性
５．太陽風-磁気圏結合-2：太陽風構造依存性
６．粒子運動の運動論的記述
７．波動粒子相互作用
[Contents] The students learn the following contents through the lectures and exercises.
1. In-situ observation of radio and plasma waves by the spacecraft
2. Remote observation by radio waves for diagnoses of plasma environment
3. Remote observation of planetary magnetic field
4. Basic space plasma physics (intensive lecture)
[Progress schedule]
- Weekly lecture
1. Spacecraft observation of radio and plasma waves-1: Antennas
2. Spacecraft observation of radio and plasma waves-2: Receivers
3. Spacecraft observation of radio and plasma waves-3: Radars
4. Remote observation by radio waves-1: Introduction on radio wave and its propagation
5. Remote observation by radio waves-2: Observation instruments
6. Remote observation by radio waves-3: Observation techniques
7. Magnetic field anomalies originated from planetary interiors and observation techniques
8. A basic theory of inverse method for modeling magnetization distribution in planetary interiors
- Intensive lecture："Basic Space Plasma Physics"
1. Introduction on geospace & inner magnetosphere
2. Motion of charged particles
3. Basics of MHD(Magneto-Hydro Dynamics)
4. Solar-wind magnetosphere coupling-1: solar wind parameter dependence
5. Solar-wind magnetosphere coupling-2: solar wind structure dependence
6. Kinetic description of particle motions
7. Wave-particle interactions
平常点と演習課題の成績から総合的に判断する。両者の重みは、平常点20%、演習課題の成績80%を予定する。
The evaluation is performed comprehensively based on class peformance and submitted reports . The weights will be 20% and 80% for the former and latter, respectively.
講義では資料を配布して使用するが、その他参考図書は以下の通りである。
1. "Introduction to Plasma Physics", F.F. Chen著, Springer, 1974.
2. "Radio Astronomy", J. D. Kraus著, Cygnus-Quasar Books, 1986.
3. "太陽地球圏", 小野・三好著, 共立出版, 2012.
4. "現代電磁波動論", 前田, 木村著, オーム社, 1984.
5. "シリーズ現代の天文学 宇宙の観測(2) 電波天文学", 中井, 坪井, 福井著, 日本評論社, 2009.
6. "The magnetic field of the earth's lithosphere", Langel, R. A., Hinze, W. J., Cambridge U. Press, 1998.
講義では資料を配布して使用するが、その他参考図書は以下の通りである。
1. "Introduction to Plasma Physics", F.F. Chen著, Springer, 1974.
2. "Radio Astronomy", J. D. Kraus著, Cygnus-Quasar Books, 1986.
3. "太陽地球圏", 小野・三好著, 共立出版, 2012.
4. "現代電磁波動論", 前田, 木村著, オーム社, 1984.
5. "シリーズ現代の天文学 宇宙の観測(2) 電波天文学", 中井, 坪井, 福井著, 日本評論社, 2009.
6. "The magnetic field of the earth's lithosphere", Langel, R. A., Hinze, W. J., Cambridge U. Press, 1998.
参考文献の熟読を勧める（特にプラズマ、プラズマ波動に関心のある方には文献1,3、電波計測に関心のある方には文献2,4,5、惑星内部磁場のリモートセンシングに関心のある方には6）。
We recommend the students to read the reference books and/or journal papers carefully.
授業実施方法： 原則対面
クラスコード ：5qtnnb4
担当教員連絡先
熊本：電子メール atsushi.kumamoto.b1@tohoku.ac.jp
三澤：電子メール hiroaki.misawa.e3@tohoku.ac.jp
市來：電子メール masahiro.ichiki.b5@tohoku.ac.jp
（オフィスアワー：9～18時）
Contact email addresses to lecturers of Tohoku University:
H. Misawa: hiroaki.misawa.e3@tohoku.ac.jp
A. Kumamoto: atsushi.kumamoto.b1@tohoku.ac.jp
M. Ichiki: masahiro.ichiki.b5@tohoku.ac.jp
(Office hours of every lecturers are 9 A.M. - 6 P.M.)