磁気インピーダンスセンサーによる地磁気観測実験と稠密観測網展開可能性の探索

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K18804
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 能勢 正仁 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (90333559)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 晴久 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主幹研究開発員 (00425787) ; 小山 幸伸 大分工業高等専門学校, 情報工学科, 講師 (50598513) ; 北村 健太郎 徳山工業高等専門学校, 機械電気工学科, 教授 (60380549) ; 松岡 彩子 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (80270437)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: 磁気インピーダンスセンサー / 地磁気観測 / AE指数 / 地磁気計測システム / フラックスゲート磁力計 / データロガー

Outline of Annual Research Achievements

平成29年度から引き続き、磁気インピーダンス(Magneto-Impedance (MI))センサーのメーカーであるアイチマイクロインテリジェント社の技術者と打ち合わせを数度にわたって行い、既製品のセンサーを地磁気計測に適したものとなるような改良を加えた。主な改良点は、地磁気が大きい高緯度でも計測ができるように計測レンジを±80000 nTへと大幅に広げたこと、計測のためのパルス信号を生成する素子をセンサー基盤に含めたこと、冶具への固定ができるように基盤のサイズを調整したことの3点である。改良には少し時間が掛かったため、性能の評価は2018年12月から研究室内に設置した磁気シールドボックス内で行った。評価の結果、ほぼ想定していた通りの計測が行えていることが分かった。ただ、外気温によって計測値が大きく変化する温度ドリフトの効果はあまり低減できていないため、磁場計測時には、同時に温度センサーによって気温変化も記録し、後ほど温度ドリフトの効果を較正する必要があることも明らかになった。
MIセンサーは、地上で地磁気観測を行うために開発・改良をはじめたものであるが、幸運なことに科学観測ロケット(LAMPロケット)に搭載し高度300-400 kmにおける磁場計測を行える機会が得られたため、そのロケットプロジェクトへの参加も同時に進行することにした。これまでに、ロケットプロジェクトの研究者と密に連絡を取り合いながら、ロケット搭載のためにセンサー冶具、データ取得およびロケット共通バスとのやり取りを行う回路部分の設計や製作を行った。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

磁気インピーダンスセンサーのメーカーであるアイチマイクロインテリジェント社の技術者と話し合い、既製品のセンサーの改良を進めている。元々は工場での金属製異物検知などの利用を想定したものであったが、主磁場が大きい高緯度でも計測できるように計測レンジを広げたり、フィールドで用いることを前提に電子回路基板の枚数を減らしたり、というように地磁気計測に適したものを製作することができた。室内での磁気シールドボックスを用いての性能検査なども行っている。さらには、幸運なことに科学観測ロケットへの搭載機会を得て、実際に搭載に向けた作業を行うなど、当初予定していた計画以上の進捗が得られている。
また、2019年2月13日から2019年4月1日にかけて、福岡県篠栗町にある九州大学のテストフィールにてテスト計測も行った。

Strategy for Future Research Activity

地磁気観測に適したセンサーの開発は一通り終えたので、今後は、改良したセンサーを用いて、テストフィールドのある愛知県豊川市や福岡県篠栗町などで地上観測を数か月程度行い、観測データの評価を行う。同時に、当初の目的であった、安価な地磁気観測システムの製作を目指し、ワンボードPCやアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器の利用、データを記録するロガープログラムの開発を行う予定である。
さらに、2020年の打ち上げ予定であるLAMPロケットへのMIセンサー搭載に向けて準備を進めていくつもりである。

Causes of Carryover

センサーの改良費・購入費などが予定より少額で済んだため、次年度使用額が生じた。次年度は、実際にフィールドにおいて用いるセンサーや科学ロケットへの搭載のためのセンサーを購入するために、この余剰額を充てる予定である。

Research Products

• [Journal Article] Visualization of rapid electron precipitation via chorus element wave-particle interactions (2019)
  • Author(s): Ozaki, M., Y. Miyoshi, K. Shiokawa, K. Hosokawa, S. Oyama, R. Kataoka, Y. Ebihara, Y. Ogawa, Y. Kasahara, S. Yagitani, Y. Kasaba, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, S. Matsuda, Y. Katoh, M. Hikishima, S. Kurita, Y. Otsuka, R. Moore, Y. Tanaka, M. Nose, 他7名
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07996-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Space Physics Environment Data Analysis System (SPEDAS) (2019)
  • Author(s): Angelopoulos, V., 著者102名中47番目(Nose, M.)
  • Journal Title: Space Science Reviews Volume: 215 Pages: 1-46
  • DOI: 10.1007/s11214-018-0576-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] DC component of spacecraft-origin magnetic field noise at the Arase/MGF sensor: (1) Evaluation with Tsyganenko 89 model (2019)
  • Author(s): Yamamoto, K., S. Oimatsu, M. Nose, A. Matsuoka, M. Teramoto, and S. Imajo
  • Journal Title: JAXA Research and Development Report Volume: 18 Pages: 23-28
  • DOI: 10.20637/JAXA-RR-18-005E/0004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] DC component of spacecraft-origin magnetic field noise at the Arase/MGF sensor: (2) Evaluation with Tsyganenko-Sitnov 04 model (2019)
  • Author(s): Oimatsu, S., K. Yamamoto, M. Nose, A. Matsuoka, M. Teramoto, and S. Imajo
  • Journal Title: JAXA Research and Development Report Volume: 18 Pages: 29-34
  • DOI: 10.20637/JAXA-RR-18-005E/0005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Non-linearity Characteristics of the Analog-to-Digital Converter for Arase (ERG) Magnetometer (MGF) (2019)
  • Author(s): Matsuoka, A., R. Nomura and M. Teramoto
  • Journal Title: JAXA Research and Development Report Volume: JAXA-RR-18-005E Pages: 11-16
  • DOI: 10.20637/JAXA-RR-18-005E/0002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In-orbit Alignment Analysis of the Magnetometer Sensor on the Arase (ERG) Satellite (2019)
  • Author(s): Matsuoka, A., M. Teramoto and R. Nomura
  • Journal Title: JAXA Research and Development Report Volume: JAXA-RR-18-005E Pages: 17-22
  • DOI: 10.20637/JAXA-RR-18-005E/0003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Magnetic field dipolarization and its associated ion flux variations in the dawnside deep inner magnetosphere: Arase observations (2018)
  • Author(s): Nose, M., A. Matsuoka, S. Kasahara, S. Yokota, M. Teramoto, K. Keika, K. Yamamoto, R. Nomura, A. Fujimoto, N. Higashio, H. Koshiishi, S. Imajo, S. Oimatsu, Y.‐M. Tanaka, M. Shinohara, I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Pages: 7942-7950
  • DOI: 10.1029/2018GL078825
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Longitudinal structure of oxygen torus in the inner magnetosphere: Simultaneous observations by Arase and Van Allen Probe A (2018)
  • Author(s): Nose, M., A. Matsuoka, A. Kumamoto, Y. Kasahara, J. Goldstein, M. Teramoto, F. Tsuchiya, S. Matsuda, M. Shoji, S. Imajo, S. Oimatsu, K. Yamamoto, Y. Obana, R. Nomura, A. Fujimoto, I. Shinohara, Y. Miyoshi, W. S. Kurth, C. A. Kletzing, C. W. Smith, and R. J. MacDowall
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1029/2018GL080122
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-step buildup of the 17 March 2015 storm ring current: Implication for the cause of the unexpected storm intensification (2018)
  • Author(s): Keika, K., K. Seki, M. Nose, Y. Miyoshi, L. J. Lanzerotti, D. G. Mitchell, M. Gkioulidou, and J. W. Manweiler, Three-step buildup of the 17 March 2015 storm ring current: Implication for the cause of the unexpected storm intensification
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 123 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1002/2017JA024462
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Van Allen Probes observations of second harmonic poloidal standing Alfven waves (2018)
  • Author(s): Takahashi, K., S. Oimatsu, M. Nose, K. Min, S. G. Claudepierre, A. Chan, J. Wygant, and H. Kim
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 123 Pages: 1-27
  • DOI: 10.1002/2017JA024869
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The ARASE (ERG) magnetic field investigation (2018)
  • Author(s): Matsuoka, A., M. Teramoto, R. Nomura, M. Nose, A. Fujimoto, Y. Tanaka, M. Shinohara, T. Nagatsuma, K. Shiokawa, Y. Obana, Y. Miyoshi, M. Mita, T. Takashima, and I. Shinohara
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 70 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0800-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Van Allen Probes observations of drift-bounce resonance and energy transfer between energetic ring current protons and poloidal Pc4 wave (2018)
  • Author(s): Oimatsu, S., M. Nose, K. Takahashi, K. Yamamoto, K. Keika, C. A. Kletzing, C. W. Smith, R. J. MacDowall, and D. G. Mitchell
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 123 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1029/2017JA025087
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Simultaneous observation of auroral substorm onset in Polar satellite global images and ground-based allsky images (2018)
  • Author(s): Ieda, A., K. Kauristie, Y. Nishimura, Y. Miyashita, H. U. Frey, L. Juusola, D. Whiter, M. Nose, M. O. Fillingim, F. Honary, N. C. Rogers, Y. Miyoshi, T. Miura, T. Kawashima, and S. Machida
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 70 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0843-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Giant pulsations excited by a steep earthward gradient of proton phase space density: Arase observation (2018)
  • Author(s): Yamamoto, K., M. Nose, S. Kasahara, S. Yokota, K. Keika, A. Matsuoka, M. Teramoto, K. Takahashi, S. Oimatsu, R. Nomura, M. Vellante, B. Heilig, A. Fujimoto, Y. Tanaka, M. Shinohara I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Pages: 6773-6781
  • DOI: 10.1029/2018GL078293
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Drift‐bounce resonance between Pc5 pulsations and ions at multiple energies in the nightside magnetosphere: Arase and MMS observations (2018)
  • Author(s): Oimatsu, S., M. Nose, M. Teramoto, K. Yamamoto, A. Matsuoka, S. Kasahara, S. Yokota, K. Keika, G. Le, R. Nomura, A. Fujimoto, D. Sormakov, O. Troshichev, Y.‐M. Tanaka, M. Shinohara, I. Shinohara, Y. Miyoshi, J. A. Slavin, R. E. Ergun, and P.‐A. Lindqvist
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1029/2018GL078961
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impulsively excited nightside ultralow frequency waves simultaneously observed on and off the magnetic equator (2018)
  • Author(s): Takahashi, K., R. E. Denton, T. Motoba, A. Matsuoka, Y. Kasaba, Y. Kasahara, M. Teramoto, M. Shoji, N. Takahashi, Y. Miyoshi, M. Nose, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, R. J. Redmon, J. V. Rodriguez
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1029/2018GL078731
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Purple auroral rays and global Pc1 pulsations observed at the CIR-associated solar wind density enhancement on March 21, 2017 (2018)
  • Author(s): Shiokawa, K., M. Ozaki, A. Kadokura, Y. Endo, T. Sakanoi, S. Kurita, Y. Miyoshi, S.-I. Oyama, M. Connors, I. Schofield, J. M. Ruohoniemi, M. Nose, 他19名
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1029/2018GL079103
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Magnetosphere-ionosphere connection of storm-time Region-2 field-aligned current and ring current: Arase and AMPERE observations (2018)
  • Author(s): Imajo, S., M. Nose, A. Matsuoka, S. Kasahara, S. Yokota, M. Teramoto, K. Keika, T. Motoba, B. Anderson, R. Nomura, A. Fujimoto, I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 123 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1029/2018JA02586
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microscopic observations of pulsating aurora associated with chorus element structures: Coordinated Arase satellite-PWING observations (2018)
  • Author(s): Ozaki, M., K. Shiokawa, Y. Miyoshi, K. Hosokawa, S. Oyama, S. Yagitani, Y. Kasahara, Y. Kasaba, S. Matsuda, R. Kataoka, Y. Ebihara, Y. Ogawa, Y. Ostuka, S. Kurita, R. Moore, Y. Tanaka, M. Nose, 他13名
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1029/2018GL079812
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ion energies dominating energy density in the inner magnetosphere: Spatial distributions and composition, observed by Arase/MEP-i (2018)
  • Author(s): Keika, K. S. Kasahara, S. Yokota, M. Hoshino, K. Seki, M. Nose, T. Amano, Y. Miyoshi, and I. Shinohara,
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Pages: 12153-12162
  • DOI: 10.1029/2018GL080047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characteristics of storm time ion composition in the near Earth plasma sheet using Geotail and RBSP measurements (2018)
  • Author(s): Pandya, M., B. Veendhari, M. Nose, S. Kumar, G. D. Reeves, and A. T. Y. Lui
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 70 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0977-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] あらせ衛星および内部磁気圏衛星で観測される低エネルギー重イオン (2019)
  • Author(s): 能勢正仁
  • Organizer: あらせ衛星が拓く宇宙プラズマ研究ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] Magnetic field dipolarization and its associated ion flux variations in the dawn side deep inner magnetosphere: Arase and Michibiki-1 satellite observations (2018)
  • Author(s): Nose, M., A. Matsuoka, S. Kasahara, S. Yokota, N. Higashio, H. Koshiishi, S. Imajo, M. Teramoto, R. Nomura, A. Fujimoto, K. Keika, Y. -M. Tanaka, M. Shinohara, I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oxygen torus near the plasmapause observed by Arase (2018)
  • Author(s): Nose, M., A. Matsuoka, A. Kumamoto, Y. Kasahara, M. Teramoto, F. Tsuchiya, S. Matsuda, M. Shoji, Y. Obana, S. Imajo, S. Oimatsu, K. Yamamoto, R. Nomura, A. Fujimoto, I. Shinohara, and Y. Miyoshi
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Recent activity of DOI-minting in the international community of geomagnetism (2018)
  • Author(s): Nose, M., Y. Murayama, T. Kinoshita, Y. Koyama, M. Nishioka, M. Ishii, M. Kunitake, K. Imai, T. Iyemori, and T. Watanabe
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 地磁気データへのDOI付与・引用と国際取り組み (2018)
  • Author(s): 能勢正仁、村山泰啓、木下武也、小山幸伸、西岡未知、石井守、國武学、今井弘二、家森俊彦、渡辺堯
  • Organizer: Japan Open Science Summit 2018
  • Invited
• [Presentation] Recent activity of DOI-minting to solar-terrestrial physics data in Japan (2018)
  • Author(s): Nose, M., Y. Murayama, T. Kinoshita, Y. Koyama, M. Nishioka, M. Ishii, M. Kunitake, K. Imai, T. Iyemori, and T. Watanabe
  • Organizer: 7th International Conference on Data Science and Institutional Research (DSIR 2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Domestic and international activities of DOI-minting to solar-terrestrial physics data and their citation in publication (2018)
  • Author(s): Nose, M., Y. Murayama, T. Kinoshita, Y. Koyama, M. Nishioka, M. Ishii, M. Kunitake, K. Imai, T. Iyemori, and T. Watanabe
  • Organizer: International Workshop on Data Science
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Longitudinal structure of oxygen torus in the inner magnetosphere: Simultaneous observations by Arase and Van Allen Probe A (2018)
  • Author(s): Nose, M., A. Matsuoka, A. Kumamoto, Y. Kasahara, J. Goldstein, M. Teramoto, F. Tsuchiya, S. Matsuda, M. Shoji, S. Imajo, S. Oimatsu, K. Yamamoto, Y. Obana, R. Nomura, A. Fujimoto, I. Shinohara, Y. Miyoshi, W. S. Kurth, C. A. Kletzing, C. W. Smith, and R. J. MacDowall
  • Organizer: 第144回地球電磁気・地球惑星圏学会総会
  • Invited
• [Presentation] 磁気インピーダンスセンサーによる磁場計測実験 (2018)
  • Author(s): 能勢正仁、北村健太郎、小山幸伸、松本晴久、松岡彩子、青山均、河野剛健
  • Organizer: 第144回地球電磁気・地球惑星圏学会総会
• [Presentation] Longitudinal structure of oxygen torus in the inner magnetosphere: Simultaneous observations by Arase and Van Allen Probe A (2018)
  • Author(s): Nose, M., A. Matsuoka, A. Kumamoto, Y. Kasahara, J. Goldstein, M. Teramoto, F. Tsuchiya, S. Matsuda, M. Shoji, S. Imajo, S. Oimatsu, K. Yamamoto, Y. Obana, R. Nomura, A. Fujimoto, I. Shinohara, Y. Miyoshi, W. S. Kurth, C. A. Kletzing, C. W. Smith, and R. J. MacDowall
  • Organizer: 2018 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 能勢正仁のホームページ
  • URL: http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~nose.masahito
• [Remarks] Substorm Swift Search
  • URL: http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~nose.masahito/s-cubed/