2021 Fiscal Year Research-status Report

Study on the coupling process between neutral atmosphere and plasma

Research Project

Project/Area Number	18K03726
Research Institution	Hokkaido Information University
Principal Investigator	渡部重十北海道情報大学, 経営情報学部, 教授 (90271577)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords	超高層大気 / オーロラ電場 / 中性大気風 / ロケット実験 / 原子状雲 / イオン状雲
Outline of Annual Research Achievements	サウンディングロケットから放出したリチウム原子やTMA(Trimethyl aluminum:トリメチルアルミニウム)により生成したリチウム雲やTMA雲の運動から，地球大気の高度100km付近に存在する約100m/sの大気風速度シア(高度幅~20km)とそれに付随する大気重力波を研究代表者らは発見した。しかし，希薄な大気測定の困難により大気とプラズマの運動や電磁場を同時にその場観測した例はない。高度100km付近に存在する約100m/sの大気風速度シアとそれに付随する大気重力波を捉えるために，リチウム，バリウム，ストロンチウムを使ったロケット実験を2021年12月にノルウェーとスバールバル諸島で実施した。高度100kmから300kmに1000K 以上の高温度でリチウム，バリウム，ストロンチウの金属を蒸発させ，生成した原子をロケットから放出することで原子状雲とイオン状雲を生成した。それぞれの原子は異なる時定数で太陽光により光電離する。超高層大気に生成した原子とイオンは太陽光を共鳴散乱するために地上で観測可能である。実験は成功した。この実験でオーロラ内にリチウム，バリウム，ストロンチウ原子とそれぞれのイオンを放出することができた。原子雲とイオン雲の運動から中性風速とオーロラに伴う電場を可視化し超高層大気の大気とプラズマの相互作用を捉えることに成功した。取得した膨大な画像データから3角測量することなく超高層大気の中性風速と電場を推定するアルゴリズム構築しコンピュータ上に実装した。取得したデータは惑星大気・プラズマ結合過程を研究する基礎データとなる。このアルゴリズムを過去のロケット実験にも適用し良好な結果を得ることに成功した。国際誌に投稿する資料を作成した。また，国内学会・国際学会でロケット実験について報告した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 地球大気とプラズマの相互作用を解明するためには，高度100km付近の大気とプラズマを同時に測定する必要がある。サウンディングロケットを用いたロケット実験を研究期間内に実施することができた。実験は成功し膨大なデータを取得した。2021年度はロケット実験で取得したデータを解析しオーロラ内の中性大気風と電場の構造を解明するアルゴリズムを構築しコンピュータ上に実装した。アルゴリズムの構築とデータ解析や国際会議での発表と当初の計画以上に進展している。
Strategy for Future Research Activity	最終年度であることから，今回のロケット実験でなく過去のロケット実験についても新しく構築したアルゴリズムを用いて超高層大気の中性風速と電場を推定する。国際会議で発表し国際誌で研究成果を公表する.
Causes of Carryover	シドニーで開催予定のCOSPAR会議とローマで開催予定のURSI会議がコロナ禍により開催が次年度に延期されたため次年度使用額が生じた。