2022 Fiscal Year Annual Research Report
Characteristics of dawn-noon side auroras and atmospheric composition changes revealed by ground-based spectroscopic and imaging observations in short wavelength infrared
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20H01962
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| Research Institution | National Institute of Polar Research |
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Principal Investigator |
西山 尚典 国立極地研究所, 先端研究推進系, 助教 (00704876)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土屋 史紀 東北大学, 理学研究科, 教授 (10302077)
鍵谷 将人 東北大学, 理学研究科, 助教 (30436076)
津田 卓雄 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (90444421)
岩佐 祐希 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (90838947)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 短波長赤外 / オーロラ / 大気光 / 分光 / 大型レーダー / 北極環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年11月に短波長赤外(1.1-1.3μm)に感度を持つ高分散分光器を，ロングイヤビエンのThe Kjell Henriksen Observatory (KHO)の光学ドームへの設置を完了した．また，分光観測の補完のため波長1.1μm における単色カメラも分光器と同じドームに設置・観測を開始している．設置終了後から，2023年3月末現在で大きなデータ欠測なく運用しており，分光器は2023年5月初頭，カメラは2023年4月初頭まで観測継続予定である．また，2023年1月22日および23日にはEISCAT Svalbard radar (ESR)の特別実験を実施し，光学機器との同時観測を行った．分光器は観測波長と波長分解能の異なる4つのモードを有しており，3つのモードにおいてオーロラ発光を合計10例程度観測することに成功している．
2023年1月21日の観測では，18:45UT前後にオーロラの活動度が上昇し，分光器の高分散モードによって時間分解能30秒で非常に強いN2+分子イオンのMeinel(0,0)バンドの発光が検出された．発光強度は最大で40kRを超えており，イメージャーで撮像されたバンド状のオーロラ発光の時間発展や絶対強度と整合的である．短波長赤外オーロラにおける分光及び単色イメージングの同時観測例は今まで無く，現在初期結果として論文執筆中である．
2022年11月24日の観測では，OH大気光の(7,4)及び(8,5)バンドに加えて，O2のIRバンド(1.27 um)をのスペクトルを高いS/Nで検出し，この晩では，1晩平均温度の推定における観測誤差がOH(7,4) で 16.5K 程度，OH(8,5) で 2.0K程度であった．OH(8,5)バンドについては，10分の時間分解能で5K程度の誤差で温度導出が可能であることを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで開発・試験してきた分光器および単色カメラのKHOへの設置が完了し，無事に観測を開始できた．世界で初めて波長1.1 umのN2+分子イオンオーロラの分光およびイメージングによる同時観測を達成するなど，高品質のデータを順調に取得できている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はESR同時観測イベントに着目し，発光プロセスに未解明な点が多いN2+分子イオンの1.1 um帯オーロラの発光高度や降下粒子のエネルギー分布を定量的に推定する.分光器のデータにおける薄明時の背景光の除去手法を確立させ，薄明時/日照時のオーロラ検出に取り組む．また，オーロラ発光スペクトルにN2+分子イオンの回転運動に起因する微細構造が確認できているため，理論モデルとの比較からN2+分子イオンの回転温度の導出に取り組み，オーロラ発光高度における大気温度の導出やジュール加熱の寄与について議論を進める予定である．
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[Presentation] A new spectroscopic and imaging observation of short-wavelength infrared aurora and airglow (1.00-1.35μm) at Longyearbyen (78.1°N, 16.0°E) coordinated with EISCAT Svalbard radar2023
Author(s)
Takanori Nishiyama, Masato Kagitani, Senri Furutachi, Takuo T. Tsuda, Yuki Iwasa, Yasunobu Ogawa, Fuminori Tsuchiya, Peter Dalin, Satonori Nozawa, Fred Sigernes
Organizer
ISAR-7 / Seventh International Symposium on Arctic Research
Int'l Joint Research
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