2020年4月 - 2024年3月

課題番号：20K03276

配分額：3120000円 （ 直接経費：2400000円 、 間接経費：720000円 ）

本研究は、国立天文台4D2Uプロジェクトで開発されてきている宇宙ビュアーMitakaに代表される新しいソフトウェア、及び学校現場で整備されつつあるICT機器(例えばタブレット)等のハードウェアを用いて、小学校・中学校で天文学習をより効果的に行えるよう学習内容の構成を含めた天文教育手法を開発すること、及びこれらの機器を有効に利用して、学習の深化をはかることを目的としている。2021年度は以下のことを行った。
(1) Mitakaスクリプトの効率的な使用方法について：Mitakaは、基本的にパソコンのマニュアル操作によって天体や宇宙が提示されるようにつくられているが、ver.1.6からはコマンド実行機能が装備されたので、予めスクリプトを作成し Mitaka から呼び出すことで、カスタマイズされた動作を行うことが可能になった。このため教育現場において、従来よりもMitakaの応用の可能性は遥かに広がった。しかし、スクリプトをMitakaから呼び出すためには設定ファイルの修正が必要であり手間であるので、効率化を図るために、設定ファイルの修正を行うbashスクリプトを作成した(松村、2021)。
(2) Mitaka を用いた天文学習の深化:Mitakaの ver.1.6.0b 以降においては、恒星データに Gaia DR2 が使われているため、天の川の描写が格段に精細になり、容易に天の川の中に暗黒星雲を確認できるようになった。これは、恒星のみならず、ガスと塵も宇宙に存在することが学習でき、星形成や太陽系の誕生についても学べることを示唆する。この内容を中学校理科の授業でどのように展開するか、前年から引き続き検討中である。関連して、宇宙の塵からの熱放射と磁場についての研究を行った（Doi et al., 2021, Kumar et al. 2022）。

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2017年4月 - 2021年3月

課題番号：17H02877

配分額：18980000円 （ 直接経費：14600000円 、 間接経費：4380000円 ）

これまでは、陽電子・電子系における相対論的衝撃波のシミュレーション研究によって、上流磁場の強度にかかわらず、普遍的に衝撃波面からの電磁波放射が起きることを明らかにしてきた。本年度においては、イオン・電子系における相対論的衝撃波の2次元PICシミュレーションによる研究を行った。
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これまでと同様に、複数の上流磁化強度における電磁波放射強度の違いについて調べた。その結果、陽電子・電子系と同じく普遍的に電磁波放射が起きることを確認できた。さらに、予想外な結果も得られた。イオン・電子系では高強度の電磁波放射が伝搬するに連れ、航跡場（wakefield）が励起される。この強い静電場によって電子がエネルギーを得ることで、陽電子・電子系よりもイオン電子質量比倍強い電磁波放射が励起されることが明らかになった。また、最も高強度に励起される磁化強度の条件も質量比によって違うことが明らかになった。本成果は多次元衝撃波において高強度の電磁波放射を示した世界初の例であり、その成果はThe Astrophysical Journal誌に速報として掲載された（Iwamoto et al., ApJL, 2019）。
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前年度行った世界初の3次元ワイベル不安定についてさらに複数のパラメタの下での磁場飽和強度についてまとめた。電流方向に卓越するキンク不安定との競合過程を議論し、相対論的な状況においてはキンク不安定による散逸に打ち勝って強い磁場を維持することが可能であることを議論した。本成果はThe Astrophysical Journal誌に掲載された（Takamoto et al., ApJ, 2019）。

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2016年4月 - 2020年3月

課題番号：16K00969

配分額：3250000円 （ 直接経費：2500000円 、 間接経費：750000円 ）

本研究では、小学校・中学校のクラスで効果的な天文学習を行うため、新たなデジタル式プラネタリウムやプラネタリウム・ソフトに対応した学習投影について研究した。
まず各地のプラネタリウムの学習投影の状況を調査した。杉並区立科学教育センターの学習投影では、日周運動の観察のために独自の工夫が行われていたことを確認した。
また国立天文台4D2Uプロジェクトで開発されたシミュレーションソフトMitaka使用の効果を調べるため、香川大学教育学部附属坂出中学校 及び まんのう町立満濃中学校で銀河系の研究授業を行った。この結果、Mitakaを授業で用いることで、子どもたちの興味関心は、より高まることが示された。

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2012年4月 - 2016年3月

課題番号：24540277

配分額：4550000円 （ 直接経費：3500000円 、 間接経費：1050000円 ）

無衝突衝撃波の大規模粒子シミュレーションを行い、衝撃波の形成過程と粒子加速過程について運動論的な観点から研究した。その結果、衝撃波上流領域で磁場の乱れを伴った大振幅波が励起されることや、一部の粒子が加速され冪型のエネルギースペクトルを形成すること、加速過程は粒子がジャイロ周期程度の短い時間で衝撃波面を往復する速いフェルミ型加速であることなどが明らかになった。また、衝撃波粒子加速のプラズマ粒子シミュレーションに関係する数値的な問題についても研究を行った。

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2010年 - 2011年

課題番号：22740164

配分額：3120000円 （ 直接経費：2400000円 、 間接経費：720000円 ）

宇宙の超新星残骸などで発生する、弱い背景磁場を持つ電子・陽子プラズマ中の高マッハ数の無衝突衝撃波について、大規模なプラズマ粒子シミュレーションを用いて研究した。その結果、弱い背景磁場がある場合でも衝撃波の遷移層でワイベル不安定性が成長し、遷移層とその下流領域で乱れた磁場を作ることや、背景磁場の向きが衝撃波法線に近い衝撃波では、フェルミ加速と同様の粒子加速が起こり、冪分布の高エネルギー粒子が効率的に生成されることなどがわかった。

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