Study on north-south conjugacy of high energy particle precipitation from space

• Project/Area Number: 22KK0049
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 門倉 昭 国立極地研究所, 先端研究推進系, 特任教授 (70185883)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小財 正義 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構(機構本部施設等), データサイエンス共同利用基盤施設, 特任研究員 (60781739) ; 片岡 龍峰 国立極地研究所, 先端研究推進系, 准教授 (90462671)
• Project Period (FY): 2022-10-07 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000); Fiscal Year 2027: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2026: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2025: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2024: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: 南北共役性 / アイスランド観測 / 南極昭和基地 / オーロラ現象 / 高エネルギー粒子降下 / 極域大気変容 / アイスランド

Outline of Research at the Start

オーロラ帯に位置し、地磁気共役点の位置関係にある北極域のアイスランドと南極昭和基地との間で、宇宙空間から極域大気に降下するオーロラ粒子から銀河宇宙線までの幅広いエネルギー範囲の粒子の降り込みと、それによる極域大気の応答を南北同時に観測し、宇宙空間からの高エネルギー粒子降下が地球大気に及ぼす影響の南北共役性を解明することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

2024年9月1日～9月11日の間、アイスランドの2観測点（チョルネス、フッサフェル）に3名（門倉昭、田中良昌、尾崎光紀）が出張して保守作業を実施するとともに、通年の自動観測を継続した。チョルネス観測点（TJO）では、観測停止状態となっていた高速オーロライメージャ（HAI）の原因調査と再起動、Watec白黒全天カメラの記録媒体交換などを行った。また、滞在中、約56 km離れたKarhollにあるCIAO（China-Iceland Arctic Observatory）を訪問し、アイスランド側のCIAO運用責任者、CIAOに観測作業のため滞在していた中国極地研究所の研究者の2名と会い、様々な情報交換を行うと共に、将来のVLF観測装置、スペクトルリオメータ設置に向けた電磁環境調査とVLF収録系設置候補場所の確認などを行った。フッサフェル観測点（HUS）では、老朽化が進んで崩壊した光学観測台の補修作業、落下破損したWatec白黒全天カメラ用保温BOXとカメラの再設置、広ビームリオメータのエレメント修復、アンプ入れ替え、ケーブル交換・再敷設、VLF観測装置アンテナエレメントの補修作業、PWING誘導磁力計出力異常調査、イメージングリオメータアンテナ被害状況確認、フラックスゲート磁力計センサー部のアライメント調整などを行った。広ビームリオメータについては正常な出力が得られるようになったが、誘導磁力計不具合については原因究明出来ず、プリアンプ部を持ち帰ることになり、観測停止状態となった。
下記の7夜について、アイスランド～昭和基地同時オーロラ光学観測データの取得が出来た：
2024年9月12-13日、13-14日、15-16日、20-21日、25-26日、10月04-05日、06-07日
この研究計画に関連する論文が4篇、国際学術誌に掲載された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アイスランドの2観測点に3名で出張して、各種機器の修理・保守作業、自動観測の継続、昭和基地を含む南極側の観測点網との間のオーロラ光学共役点同時観測データの取得、アイスランド大学の共同研究者との情報交換、中国アイスランド北極観測所の現状の把握と将来計画についての情報交換と打合せ、などを計画通り順調に実施することが出来た。
国内においては、アイスランド観測についてのWEBページの整備やデータ処理・公開をさらに進めることが出来た他、PWING観測網やBe-7観測に関する共同研究や将来の宇宙線観測についての検討などもさらに進めることが出来た。
新規導入する予定のスペクトルリオメータについては、主担当の共同研究者が南極越冬観測から帰国し、２つの候補製品の仕様や価格などについて、各製造業者とやり取りをし検討を進め、詳細を把握することが出来たが、円安などによる価格の上昇のため年度内に購入することが出来ず、翌年度に持ち越すことになった。一方で、北欧域に既設の同型のスペクトルリオメータのデータを用いたイベント解析を、共同研究者が指導教員となっている大学院生の研究テーマとして進め、その結果を国内外の学会やシンポジウムで発表する、という成果が得られた。

Strategy for Future Research Activity

研究分担者や協力者、その他アイスランド観測に関係する共同研究者との間での協議・打合せを定期的に行い、スペクトルリオメータや全天単色イメージャの新規設置計画や、宇宙線観測装置設置可能性の検討、アイスランドー昭和基地共役点観測データを用いたデータ解析、研究成果創出、及びデータ公開を計画的に推進する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] アイスランド大学(アイスランド)
• [Int'l Joint Research] アイスランド大学(アイスランド)
• [Int'l Joint Research] アイスランド大学(その他の国・地域)
• [Journal Article] AMIDER: A Multidisciplinary Research Database and Its Application to Promote Open Science (2025)
  • Author(s): Kozai Masayoshi、Tanaka Yoshimasa、Abe Shuji、Minamiyama Yasuyuki、Shinbori Atsuki、Kadokura Akira
  • Journal Title: Data Science Journal Volume: 24(7)
  • DOI: 10.5334/dsj-2025-007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multi-event analysis of STEVE, SAR arc, and red/green arc at subauroral latitudes using data from ground optical and radio instruments and the Arase and Van Allen Probes satellites (2025)
  • Author(s): Sugimura, R., K. Shiokawa, Y. Otsuka, S. Oyama, A. Oksanen, M. Connors, A. Kadokura, I. Poddelsky, N. Nishitani, S. G. Shepherd, et al.
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 130 Issue: 2
  • DOI: 10.1029/2024ja032793
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Global Analysis of the Extended Decreases in Cosmic Rays Observed with Worldwide Networks of Neutron Monitors and Muon Detectors: Temporal Variation of the Rigidity Spectrum and Its Implication (2024)
  • Author(s): Munakata K.、Hayashi Y.、Kozai M.、Kato C.、Miyashita N.、Kataoka R.、Kadokura A.、Miyake S.、Iwai K.、Echer E.、Dal Lago A.、Rockenbach M.、Schuch N. J.、Bageston J. V.、Braga C. R.、Al Jassar H. K.、Sharma M. M.、Duldig M. L.、Humble J. E.、Sabbah I.、Evenson P.、Kuwabara T.、K?ta J.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 974 Issue: 2 Pages: 283-283
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad7466
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cosmic-Ray North?South Anisotropy: Rigidity Spectrum and Solar Cycle Variations Observed by Ground-based Muon Detectors (2024)
  • Author(s): Kozai M.、Hayashi Y.、Fujii K.、Munakata K.、Kato C.、Miyashita N.、Kadokura A.、Kataoka R.、Miyake S.、Duldig M. L.、Humble J. E.、Iwai K.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 977 Issue: 2 Pages: 160-160
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad8577
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New observational projects in New Zealand for studying radiation belt loss processes in the deep inner magnetosphere: instrumentation, operation by solar power and initial results (2024)
  • Author(s): Obana, Y., K. Sakaguchi, M. Nose, K. Hosokawa, P. Jaquiery, S. Saita, K. Shiokawa, M. Connors, A. Kadokura, T. Nagatsuma, and Tanja Petersen
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 76 Issue: 1 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1186/s40623-024-01990-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Data mining of cosmic-ray anisotropy observed with the Global Muon Detector Network (2023)
  • Author(s): Kozai Masayoshi、Hayashi Y.、Kato C.、Munakata K.、Masuda Y.、Iwai K.、Rockenbach M.、Dal Lago A.、R. S. Mendonca R.、Echer E.、V. Bageston J.、R. Braga C.、K. Al Jassar H.、M. Sharma M.、L. Duldig M.、E. Humble J.、Kadokura A.、Kataoka R.、Miyake S.、Sabbah I.、Mangeard P.-S.、Kuwabara T.、Evenson P.
  • Journal Title: Proceedings of 38th International Cosmic Ray Conference - PoS(ICRC2023) Volume: - Pages: 1279-1279
  • DOI: 10.22323/1.444.1279
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Longitudinal development of cosmic noise absorption based on multipoint observations at subauroral latitudes during storm-time substorms on August 25-28, 2018 (2023)
  • Author(s): Kato, Y., K. Shiokawa, Y. Tanaka, M. Ozaki, A. Kadokura, S. Oyama, A. Oinats, M. Connors, and D. G. Baishev
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 128 Issue: 1
  • DOI: 10.1029/2023ja031950
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Atmospheric Ionizations by Solar X‐Rays, Solar Protons, and Radiation Belt Electrons in September 2017 Space Weather Event (2023)
  • Author(s): Murase Kiyoka、Kataoka Ryuho、Nishiyama Takanori、Sato Kaoru、Tsutsumi Masaki、Tanaka Yoshimasa、Ogawa Yasunobu、Sato Tatsuhiko
  • Journal Title: Space Weather Volume: 21 Issue: 12
  • DOI: 10.1029/2023sw003651
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rigidity dependence of long-term cosmic ray variation (2023)
  • Author(s): Kato Chihiro、Munakata Kazuoki、Kataoka Ryuho、Miyake Shoko、Kozai Masayoshi、Hayashi Yuki、Masuda Yoshiki、Matsumoto Mizuki
  • Journal Title: Proceedings of 38th International Cosmic Ray Conference - PoS(ICRC2023) Volume: - Pages: 1277-1277
  • DOI: 10.22323/1.444.1277
  • Open Access
• [Journal Article] A Statistical Study of Longitudinal Extent of Pc1 Pulsations Using Seven PWING Ground Stations at Subauroral Latitudes (2023)
  • Author(s): Liu Jie、Shiokawa Kazuo、Oyama Shin‐Ichiro、Otsuka Yuichi、Jun Chae‐Woo、Nose Masahito、Nagatsuma Tsutomu、Sakaguchi Kaori、Kadokura Akira、Ozaki Mitsunori、Connors Martin、Baishev Dmitry、Nishitani Nozomu、Oinats Alexey、Kurkin Vladimir、Raita Tero
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 128 Issue: 1 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1029/2021ja029987
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An Alternative Methodology of Fair‐Weather Identification for Ground‐Based Measurement of AEF at the Polar Region (2023)
  • Author(s): Minamoto Yasuhiro、Kamogawa Masashi、Kadokura Akira、Sato Mitsuteru、Omiya Satoshi
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 128 Issue: 5
  • DOI: 10.1029/2021jd035732
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Slow Contraction of Flash Aurora Induced by an Isolated Chorus Element Ranging From Lower‐Band to Upper‐Band Frequencies in the Source Region (2022)
  • Author(s): Ozaki Mitsunori、Yagitani Satoshi、Shiokawa Kazuo、Tanaka Yoshimasa、Ogawa Yasunobu、Hosokawa Keisuke、Kasahara Yoshiya、Ebihara Yusuke、Miyoshi Yoshizumi、Imamura Kousuke、Kataoka Ryuho、Oyama Shin‐ichiro、Chida Teppei、Kadokura Akira
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 49 Issue: 9
  • DOI: 10.1029/2021gl097597
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Instantaneous Achievement of the Hall and Pedersen-Cowling Current Circuits in Northern and Southern Hemispheres During the Geomagnetic Sudden Commencement on 12 May 2021 (2022)
  • Author(s): Kikuchi Takashi、Araki Tohru、Hashimoto Kumiko K.、Ebihara Yusuke、Tanaka Takashi、Nishimura Yukitoshi、Vichare Geeta、Sinha Ashwini K.、Chum Jaroslav、Hosokawa Keisuke、Tomizawa Ichiro、Tanaka Yoshimasa、Kadokura Akira
  • Journal Title: Frontiers in Astronomy and Space Sciences Volume: 9 Pages: 879314-879314
  • DOI: 10.3389/fspas.2022.879314
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mesospheric ionization during substorm growth phase (2022)
  • Author(s): Murase K.、Kataoka R.、Nishiyama T.、Nishimura K.、Hashimoto T.、Tanaka Y.、Kadokura A.、Tomikawa Y.、Tsutsumi M.、Ogawa Y.、Uchida H. A.、Sato K.、Kasahara S.、Mitani T.、Yokota S.、Hori T.、Keika K.、Takashima T.、Kasahara Y.、et al.
  • Journal Title: Journal of Space Weather and Space Climate Volume: 12 Pages: 18-18
  • DOI: 10.1051/swsc/2022012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Investigation of the Differences in Onset Times for Magnetically Conjugate Magnetometers (2022)
  • Author(s): Weygand James M.、Zesta Eftyhia、Kadokura Akira、Oliveira Denny M.
  • Journal Title: Frontiers in Astronomy and Space Sciences Volume: 9
  • DOI: 10.3389/fspas.2022.896199
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Poleward Moving Auroral Arcs and Pc5 Oscillations (2022)
  • Author(s): Sakurai T.、Wright A. N.、Takahashi K.、Elsden T.、Ebihara Y.、Sato N.、Kadokura A.、Tanaka Y.、Hori T.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 127 Issue: 8
  • DOI: 10.1029/2022ja030362
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large-amplitude Bidirectional Anisotropy of Cosmic-Ray Intensity Observed with Worldwide Networks of Ground-based Neutron Monitors and Muon Detectors in 2021 November (2022)
  • Author(s): Munakata K.、Kozai M.、Kato C.、Hayashi Y.、Kataoka R.、Kadokura A.、et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 938 Issue: 1 Pages: 30-30
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac91c5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Modeling the Effects of Drift Shell Splitting in Two Case Studies of Simultaneous Observations of Substorm‐Driven Pi1B and IPDP‐Type EMIC Waves (2022)
  • Author(s): Salzano Michelle、Lessard Marc R.、Noh Sungjun、Kim Hyomin、Waters Colin、Engebretson Mark J.、Horne Richard、Clilverd Mark、Kadokura Akira、Tanaka Yoshimasa、Kim Khan‐Hyuk、Matzka Jurgen、Fromm Tanja、Goldstein Jerry、Kim Myeong Joon
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 127 Issue: 10
  • DOI: 10.1029/2022ja030600
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Local environmental effects on cosmic ray observations at Syowa Station in the Antarctic: PARMA-based snow cover correction for neutrons and machine learning approach for neutrons and muons (2022)
  • Author(s): Kataoka Ryuho、Sato Tatsuhiko、Kato Chihiro、Kadokura Akira、Kozai Masayoshi、Miyake Shoko、Murase Kiyoka、Yoshida Lihito、Tomikawa Yoshihiro、Munakata Kazuoki
  • Journal Title: Journal of Space Weather and Space Climate Volume: 12 Pages: 37-37
  • DOI: 10.1051/swsc/2022033
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] AMIDER: cross-disciplinary research data catalog for open science (2024)
  • Author(s): 小財正義, 田中良昌, 阿部修司, 南山泰之, 新堀淳樹
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2024年大会
• [Presentation] 北極域での宇宙線ミューオン観測へ向けた検討 (2024)
  • Author(s): 小財正義, 門倉昭, 片岡龍峰, 加藤千尋, 宗像一起, 三宅晶子, 櫻井敬久
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2024年大会
• [Presentation] Rigidity spectrum of GCR anisotropy inferred from ground- based muon observation (2024)
  • Author(s): Masayoshi Kozai, GMDN collaboration team
  • Organizer: COSPAR 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 分野横断型研究データベースAMIDERの公開 (2024)
  • Author(s): 小財正義, 田中良昌, 阿部修司, 南山泰之, 新堀淳樹, 門倉昭
  • Organizer: SGEPSS2024
• [Presentation] ミューオン計ネットワークを用いた銀河宇宙線の南北異方性の研究 (2) (2024)
  • Author(s): 小財正義, 林優希, 宗像一起, 加藤千尋, 片岡龍峰, 三宅晶子, 門倉昭
  • Organizer: SGEPSS2024
• [Presentation] Release of the AMIDER Website: Cross-disciplinary Research Database for Polar Science (2024)
  • Author(s): Masayoshi Kozai, Yoshimasa Tanaka, Shuji Abe, Yasuyuki Minamiyama, Atsuki Shinbori, Akira Kadokura
  • Organizer: 15th Symposium on Polar Science
• [Presentation] AMIDER: A Multidisciplinary Research Data Catalog for Open Science (2024)
  • Author(s): Masayoshi Kozai, Yoshimasa Tanaka, Shuji Abe, Atsuki Shinbori, Yasuyuki Minamiyama, Akira Kadokura
  • Organizer: AGU2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of eastward expansion of substorm auroral bulge (2024)
  • Author(s): Akira Kadokura
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2024年大会
• [Presentation] Current status of data archive for Syowa-Iceland conjugate observations (2024)
  • Author(s): Akira Kadokura
  • Organizer: SGEPSS2024
• [Presentation] 国立極地研究所におけるオーロラデータアーカイブの現状と将来 (2024)
  • Author(s): 門倉昭
  • Organizer: 極域データサイエンスに関する研究集会 II
• [Presentation] 地上ミューオン計を用いた銀河宇宙線異方性のrigidityスペクトルの推定 (2024)
  • Author(s): 小財正義, 門倉昭, 片岡龍峰, 加藤千尋, 宗像一起, 三宅晶子, 櫻井敬久
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 大気中宇宙線生成核種Be-7の観測データセットについて (2024)
  • Author(s): 櫻井敬久, 門叶冬樹, 武山美麗, 小財正義, 門倉昭
  • Organizer: 極域データサイエンスに関する研究集会 II
• [Presentation] 国立極地研究所におけるオーロラデータアーカイブの現状と将来 (2023)
  • Author(s): 門倉昭, 小川 泰信, 田中 良昌, 片岡 龍峰
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会2023年秋季年会
• [Presentation] Auroral conjugate observation network in Antarctica using unmanned system: Current status and future perspective (2023)
  • Author(s): Akira Kadokura, Yoshimasa Tanaka, Yasunobu Ogawa, Ryuho Kataoka, Masaki Okada, Hisao Yamagishi, Yuichi Otsuka, Henri Robert, Gopi K. Seemala, Michael Kosch
  • Organizer: 第14回極域科学シンポジウム
• [Presentation] GMDNで観測された宇宙線変動のデータマイニング手法を活用した研究 (2023)
  • Author(s): Masayoshi Kozai, Yuki Hayashi, Chihiro Kato, Kazuoki Munakata, Akira Kadokura, Ryuho Kataoka, Shoko Miyake
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Data mining of cosmic-ray anisotropy observed with the Global Muon Detector Network (2023)
  • Author(s): Masayoshi Kozai, Y. Hayashi, C. Kato, K. Munakata, Y. Masuda, K. Iwai, M. Rockenbach, A. Dal Lago, R. R. S. Mendonca, E. Echer, J. V. Bageston, C. R. Braga, H. K. Al Jassar, M. M. Sharma, M. L. Duldig, J. E. Humble, A. Kadokura, R. Kataoka, S. Miyake, I. Sabbah, P.-S. Mangeard, T. Kuwabara, P. Evenson
  • Organizer: 38th International Cosmic Ray Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アイスランドでの宇宙線ミューオン観測へ向けた検討 (2023)
  • Author(s): 小財正義, 門倉昭, 片岡龍峰, 加藤千尋, 宗像一起, 三宅晶子, 櫻井敬久
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] Antarctic large area network observation of auroral phenomena using unmanned system: Event studies of multi-point simultaneous observations (2022)
  • Author(s): Akira Kadokura, Yasunobu Ogawa, Yoshimasa Tanaka, Hisao Yamagishi, Masaki Okada, Ryuho Kataoka, Herbert Akihito Uchida, Yuichi Otsuka, Tetsuo Motoba, Natsuo Sato, Gunnlaugur Bjornsson, Jean Rasson, Henri Robert, Ashwini K. Sinha, and Gopi K. Seemala
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オーロラ活動に伴う銀河強度の変動：南極昭和基地における掃天フォトメータ観測 (2022)
  • Author(s): 門倉昭
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第152回総会・講演会
• [Presentation] Antarctic large area network observation of auroral phenomena using unmanned system: Event studies of multi-point simultaneous observations (2022)
  • Author(s): Akira Kadokura, Yasunobu Ogawa, Yoshimasa Tanaka, Hisao Yamagishi, Masaki Okada, Ryuho Kataoka, Yuichi Otsuka, Henri Robert, Ashwini K. Sinha, and Gopi K. Seemala
  • Organizer: 第13回極域科学シンポジウム
• [Remarks] Iceland - Syowa Conjugate Observation
  • URL: https://polaris.nipr.ac.jp/~aurora/uapm/ConjugateObs_index.html