2021 Fiscal Year Annual Research Report
電磁波斜め伝搬効果とオーロラ4Dイメージングによる宇宙プラズマのエネルギー写像
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20H02162
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
尾崎 光紀 金沢大学, 電子情報通信学系, 准教授 (70422649)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八木谷 聡 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (30251937)
田中 良昌 国立極地研究所, 研究教育系, 特任准教授 (50425766)
細川 敬祐 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80361830)
小川 泰信 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 准教授 (00362210)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 電磁波伝搬 / オーロラ / プラズマエネルギー / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自然電磁波であるコーラス電磁波に伴うプラズマの散乱によるフラッシュオーロラと呼ばれる数keV～50 keV程度までの電子降下現象に対して、以下のような知見を得た。
まず、フラッシュオーロラの観測データより、高緯度側よりも低緯度側に2.4倍大きく拡大することを見出した。この要因をコーラス電磁波のレイトレーシング解析とオーロラの体積放射率計算を組み合わせた数値計算により、低緯度側の優位的な発光は、コーラス電磁波の発生源からの伝搬特性によるものであることを明らかにした。また、観測されたフラッシュオーロラの時間特性について詳細に解析した結果、発光領域が拡大するのに伴う継続時間よりも発光領域が縮小するのに要する継続時間が、平均で1.7倍も長くなることを見出した。この特徴的な時間特性についても、コーラス電磁波の点波源モデルを用いてフラッシュオーロラの数値計算を行ったところ、コーラス電磁波の周波数分布に伴い発光領域が縮小するのに要する継続時間が遅くなることを明らかにした。特に高周波コーラスは、エネルギーの低い電子と共鳴することから、高周波コーラスによる低エネルギー（数keV）電子が、オーロラ発光の遅い時間特性を特徴づけていたことを明らかにした。
これらの成果は、地上リモートセンシングとして降下プラズマ粒子のエネルギー推定範囲拡大を図る本研究目的に対して、オーロラ現象の時空間変化より詳細な宇宙のプラズマ環境、自然電磁波の振舞いを明らかにする重要な知見となった。
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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
海外での観測に赴くことが容易にできない状況であるため、数値計算による研究遂行に力点を置いている。本研究により、フラッシュオーロラの過渡的な時空間変化を数値計算で再現することが可能になってきた。成果として、数値計算結果と地上のオーロラ観測データと比較し、地球周辺宇宙におけるコーラス電磁波の振舞いとオーロラ時空間変化の特徴を再現するプラズマ粒子のエネルギー帯を明らかにできたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
ULF帯～VLF帯における所望信号と定常・非定常雑音を分類する学習器を用いて、地球周辺宇宙における自然電磁波の地上までの伝搬特性を明らかにし、プラズマ散乱への影響について検討する。そして、これまで得られた地上で観測されるオーロラ現象、電磁波特性と数値計算結果を比較し、観測特徴を再現するプラズマ粒子のエネルギー帯拡大に関する研究知見を総括する。
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[Presentation] Current and future perspectives on 3D analysis of aurora2021
Author(s)
Yoshimasa Tanaka, Yasunobu Ogawa, Akira Kadokura, Gustavsson Bjorn, Kauristie Kirsti, Enell Carl-fredrik, Brandstrom Urban, Sergienko Tima, Kozlovsky Alexander, Tero Raita, Mizuki Fukizawa, Takeshi Sakanoi, Keisuke Hosokawa
Organizer
JpGU Meeting 2021
Int'l Joint Research / Invited
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