Role of non-uniform ionosphere in the formation of auroral vortices revealed by tomography method

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K05672
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 田中 良昌 国立極地研究所, 研究教育系, 特任准教授 (50425766)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: オーロラトモグラフィ / オーロラ渦構造 / 電離圏カウリング効果 / 3次元電流系 / 全天並列高感度カメラシステム

Outline of Annual Research Achievements

・2013年3月9日に観測された東向きに拡大するオーロラサージ、2015年3月14日に観測されたディスクリートアークの中に現れた渦構造に対して、オーロラトモグラフィ法、Local KRM法による解析を応用した。これにより、世界で初めて10秒以下の高時間分解能でオーロラ渦構造の3次元分布、降下電子のエネルギー分布、3次元電流系を導出することに成功した。また、オーロラ渦の近傍に上向き・下向き沿磁力線電流のペアが存在し、それが渦の移動と共に伝搬している様子を明らかにした。降り込み電子の全エネルギーフラックスと平均エネルギーの関係を統計的に調べたところ、磁力線沿いのオームの法則と矛盾が無いことから、この渦構造が沿磁力線加速を受けた高エネルギー電子によって引き起こされていることが推測される。さらに、得られた沿磁力線電流から電気伝導度非一様性から生じる成分を分離し、電離圏カウリング効果による成分を抽出することに成功した。得られた結果をまとめ、学会、研究集会で発表した。
・全天並列高感度カメラシステムをノルウェー・シーボトン天文台に設置し、2019年9月～2020年2月の期間、連続観測を実施した。過去2年間（2018年2月～2020年2月）にわたって取得した画像データをCommon Data Format (CDF)に変換し、ウェブサイトで一般に公開した。加えて、同時期に北欧、及び、南極で得られた全天イメージャのデータについても同様に公開し、大学間連携プロジェクト「IUGONET」で開発・一般公開している解析ツールで解析できる環境を整えた。上記のイメージャシステム、及び、ツールに関してまとめ、国際誌に投稿した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Swedish Institute of Space Physics(スウェーデン)
  • Country Name: SWEDEN
  • Counterpart Institution: Swedish Institute of Space Physics
• [Int'l Joint Research] The Arctic University of Norway(ノルウェー)
  • Country Name: NORWAY
  • Counterpart Institution: The Arctic University of Norway
• [Int'l Joint Research] Finnish Meteorological Institute/Sodankyla Geophysical Observatory/University of Oulu(フィンランド)
  • Country Name: FINLAND
  • Counterpart Institution: Finnish Meteorological Institute/Sodankyla Geophysical Observatory/University of Oulu
• [Journal Article] Development of low-cost multi-wavelength imager system for studies of aurora and airglow (2020)
  • Author(s): Ogawa Y., Y.-M. Tanaka, A. Kadokura, K. Hosokawa, Y. Ebihara, T. Motoba, B. Gustavsson, U. Brandstrom, Y. Sato, S. Oyama, M. Ozaki, T. Raita, F. Sigernes, S. Nozawa, K. Shiokawa, M. Kosch, K. Kauristie, C. Hall, S. Suzuki, Y. Miyoshi, A. Gerrard, H. Miyaoka, R. Fujii
  • Journal Title: Polar Science Volume: ２３ Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.polar.2019.100501
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct Comparison Between Magnetospheric Plasma Waves and Polar Mesosphere Winter Echoes in Both Hemispheres (2019)
  • Author(s): Tanaka, Y.-M., T. Nishiyama, A. Kadokura, M. Ozaki, Y. Miyoshi, K. Shiokawa S.-I. Oyama, R. Kataoka, M. Tsutsumi, K. Nishimura, K. Sato, Y. Kasahara, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, M. Fukizawa, M. Hikishima, S. Matsuda, A. Matsuoka, I. Shinohara, M. Nose, T. Nagatsuma, M. Shinohara, A. Fujimoto, M. Teramoto, R. Nomura
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 124 Pages: 9626-9639
  • DOI: 10.1029/2019JA026891
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Study on auroral 3D structure in the northen Europe (2020)
  • Author(s): Yoshimasa Tanaka, Yasunobu Ogawa, Akira Kadokura, Takanori Nishiyama, Akimasa Yoshikawa, Bjorn Gustavsson, Kirsti Kauristie, Carl-fredrik Enell, Urban Brandstrom, Tima Sergienko, Alexander Kozlovsky, Tero Raita, Vanhamaki Heikki
  • Organizer: Sixth International Symposium on Arctic Research (ISAR-6)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Conjugate observation of magnetospheric plasma waves and polar mesosphere winter echoes by Arase satellite and MST radars in both hemispheres (2019)
  • Author(s): Yoshimasa Tanaka, Takanori Nishiyama, Akira Kadokura, Mitsunori Ozaki, Mitsunori Ozaki, Yoshizumi Miyoshi, Kazuo Shiokawa, Shin-Ichiro Oyama, Ryuho Kataoka, Masaki Tsutsumi, Koji Nishimura, Kaoru Sato, Yoshiya Kasahara, Atsuki Kumamoto, Fuminori Tsuchiya, Mizuki Fukizawa, Mitsuru Hikishima, Shoya Matsuda
  • Organizer: The 4th Asia Research Node Symposium on Humanosphere Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Simultaneous observation of magnetospheric plasma waves and PMWE observed by Arase satellite and MST radars (2019)
  • Author(s): Yoshimasa Tanaka, Takanori Nishiyama, Akira Kadokura, Mitsunori Ozaki, Mitsunori Ozaki, Yoshizumi Miyoshi, Kazuo Shiokawa, Shin-Ichiro Oyama, Ryuho Kataoka, Masaki Tsutsumi, Koji Nishimura, Kaoru Sato, Yoshiya Kasahara, Atsuki Kumamoto, Fuminori Tsuchiya, Mizuki Fukizawa, Mitsuru Hikishima, Shoya Matsuda
  • Organizer: SuperDARN Workshop 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Advanced tools for research on upper atmosphere and their future perspective (2019)
  • Author(s): Yoshimasa Tanaka, Norio Umemura, Atsuki Shinbori, Shuji Abe, Satoru UeNo, Masahito Nose
  • Organizer: World Data System Asia-Oceania Conference 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3D structure of discrete arcs obtained by auroral computed tomography analysis (2019)
  • Author(s): Yoshimasa Tanaka, Yasunobu Ogawa, Akira Kadokura, Takanori Nishiyama, Akimasa Yoshikawa, Bjorn Gustavsson, Kirsti Kauristie, Carl-fredrik Enell, Urban Brandstrom, Tima Sergienko, Alexander Kozlovsky, Tero Raita, Vanhamaki Heikki
  • Organizer: The Tenth Symposium on Polar Science
• [Presentation] 3D analysis of discrete arcs based on auroral computed tomography (2019)
  • Author(s): Yoshimasa Tanaka, Yasunobu Ogawa, Akira Kadokura, Takanori Nishiyama, Akimasa Yoshikawa, Bjorn Gustavsson, Kirsti Kauristie, Carl-fredrik Enell, Urban Brandstrom, Tima Sergienko, Alexander Kozlovsky, Tero Raita, Vanhamaki Heikki
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第145回総会・講演会
• [Presentation] New perspectives on coupling processes in solar-terrestrial system obtained by comprehensive data analysis (2019)
  • Author(s): Yoshimasa Tanaka, Norio Umemura, Shuji Abe, Atsuki Shinbori, Masahito Nose, Satoru UeNo, Hiromi Nakagawa
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2019
• [Presentation] 一般化オーロラトモグラフィ法逆問題解析手法 (2019)
  • Author(s): 田中良昌, 小川泰信, 門倉昭
  • Organizer: 太陽地球系物理学分野のデータ解析手法、ツールの理解と応用