2022 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the coupling process between neutral atmosphere and plasma
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18K03726
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| Research Institution | Hokkaido Information University |
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Principal Investigator |
渡部 重十 北海道情報大学, 経営情報学部, 教授 (90271577)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| 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 |
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| 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発見した。リチウム原子雲を高度100km以上に生成する機器はNASAに輸出し、その技術は欧米でのサウンディングロケット実験で採用されている。我々のグループは超高層大気観測の先駆けを成し遂げた。大気とプラズマの運動や電磁場を同時にその場観測し高度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。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ために、原子状雲とイオン状雲を同時に生成することができる。オーロラが存在する超高層大気に生成した原子とイオンによる太陽光の共鳴散乱光を地上で観測し実験は成功した。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。一連の実験は国内外で高く評価され、招待講演や特別講演の依頼を受けた。本研究により、研究領域は中間圏・熱圏下部から熱圏上部の大気・プラズマ結合研究、さらに高高度のプラズマ圏研究に拡大した。プラズマ圏研究では人工知能（AI）を活用したプラズマ圏モデルを構築した。国際誌に投稿するとともに国際会議での招待講演の依頼を受けた。
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