2016 Fiscal Year Annual Research Report
偏光分光イメージング観測によるオーロラ偏光過程の解明
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26302005
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
坂野井 健 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80271857)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鍵谷 将人 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30436076)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | オーロラ / 偏光 / EISCAT / 電離圏 / 磁気圏 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、世界で初めてオーロラの「発光スペクトルの広視野偏光分布」を観測する装置を用いて複数のオーロラ輝線の偏光分布を同時観測し、オーロラ発光の偏光の有無に決着をつけることを目的としている。H26年度には偏光分光装置の新規開発と、冬期間の北米・アラスカ・ポーカーフラットにおける連続観測を実施した。H27年度には昨年度取得されたデータの解析を進めた結果、校正光源のモーター駆動部分に不具合があったことが判明したため、これを解決するための装置改良を施した。その後、冬期間にポーカーフラットで数ヶ月間の連続観測を達成した。本年度は、昨年度に取得されたオーロラ偏光データの評価と解析を進めた。この結果、前年度に発生した校正光源モーター不具合はほぼ解決し、求めるオーロラ偏光の精度に対して十分なクオリティのデータが取得できていることを確認した。この校正データを用いて、装置関数であるストークスパラメータを導出し、これを用いてオーロラの偏光を見積もったところ、天頂付近で約２％、仰角が低い視野周辺で１％の直線偏光度が得られた。このようなオーロラ偏光が天頂から低い仰角まで連続的に一度に取得されたのは世界で初めてである。
一方、北欧のEISCATレーダー観測と光学観測の連携観測のために、H28年11月末ー12月初旬、1月、3月に特別実験を行った。とくに3月には磁気嵐が発生し、活発なオーロラ活動の条件下で良好なデータを取得した。
本研究を通じて、2名の修士号取得者が輩出し、ならびに1名の卒業論文テーマとなっており、現在1名の修士学生が研究中である。
なお、研究代表者の坂野井がH28年8月以降、長期間（約3ヶ月）に別プロジェクト（惑星観測）のために米国ハワイ大学天文学研究施設に滞在したため、冬期間のオーロラ偏光観測の推進が不十分となったため、翌年まで繰り越すこととした。来年度末には本研究計画は完了する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究で新たにオーロラ偏光を広角イメージングで撮像する装置開発の途上で、視野端の校正が難しいことが分かり、予想以上に原因究明と精密校正光源の製作に時間を要した。また、製作した校正光源が、アラスカで実験中に低温（－30℃）のために不具合を超し、この対策に時間を要した。
観測自体はH26年度、H27年度ともに冬期間3ヶ月以上の連続観測を達成した。とくに装置改良を施した後のH27年度には十分なクオリティのオーロラ偏光データが取得されている。これから、装置関数（ストークスパラメータ）を導出し、数晩のデータについてオーロラ偏光を見積もった。しかしながら、研究代表者の坂野井がH28年8月以降、長期間（約3ヶ月）に別プロジェクト（惑星観測）のために米国ハワイ大学天文学研究施設に滞在したため、本計画を完了させるためにアラスカ・ポーカーフラットから一部の観測装置（ドーム箱）を持ち帰ることが出来ていない。これは翌年度以降に行われる必要がある。また、解析している日数がすくなく、より多くのイベントについてオーロラ偏光の特徴を明らかにする必要がある。さらに、この成果について、査読付き論文として出版する必要がある。
一方、北欧のEISCATレーダー観測と光学観測は、これまで順調に連携観測が行われてきた。しかし、詳細な解析や査読付き論文に出版するのは今後の課題となる。
以上のとおり、主に研究代表者の坂野井がH28年8月以降に米国ハワイ大学天文学研究施設に滞在したことに伴い、アラスカからの装置回収やデータ解析と論文出版に当初よりやや遅れが見られたため、進捗状況としてはこの区分の評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに、装置改良ならびに取得されたオーロラ偏光データの解析方法は、求めたい精度（直線偏光度で1%)に対して十分な精度が達成されていることが確認出来ている。昨年度までに達成されず、今後の研究で行うべき課題は、次の通りである。（１）観測装置のアラスカ・ポーカーフラットからの撤収、（２）数ヶ月分のより多くのイベントにおけるオーロラ偏光の解析、（３）査読付き論文の出版。
これまで記述したとおり、研究代表者の坂野井健は現在別プロジェクトで米国ハワイ大学・天文学研究施設に長期滞在しているが、これはH29年度8月に完了する予定である。この完了後は、本研究を推進することができる。とくに、（１）の撤収をH29年度内に完了させる。また、解析と成果を行うことは必須であり、（２）（３）の課題について研究分担者と協力して推進していく。また、現在1名の大学院修士課程の学生の研究テーマとなっており、本年度末に修士号取得にむけて研究を推進している。
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| Causes of Carryover |
本研究では、広角偏光分光撮像装置を開発し、世界出始めてオーロラ偏光のイメージング観測を行っている。装置開発の途上で、視野端の校正が難しいことが分かり、予想以上に原因究明と精密校正光源の製作に時間を要した。また、製作した校正光源が、アラスカで実験中に低温（－30℃）のために不具合を超し、この対策に時間を要した。さらに、研究代表者の坂野井健がH28年度後半に別プロジェクトで米国・ハワイ大学に長期海外出張したのも理由の一つである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
これまでに観測されたデータのクオリティは、オーロラ偏光を求めるのに十分な精度であることは確認されている。今後は、数ヶ月間の長期観測データを解析し、より多くのイベントでオーロラ偏光の結果を出す。これを学会・シンポジウム等において成果公表ならびに査読付き論文で出版するために経費が必要である。
また、アラスカ・ポーカーフラットに残置してある装置を撤収する必要がある。このために、アラスカへ主張し、梱包・煮出し作業を行う。これに旅費が必要だえる。また、装置輸送のための輸送費も必要である。これは、研究代表者の坂野井の長期ハワイ滞在が終了するH29年8月以降に行われる計画である。
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[Journal Article] Substructures with luminosity modulation and horizontal oscillation in pulsating patch: Principal component analysis application to pulsating aurora2016
Author(s)
Nishiyama, T., Miyoshi, Y., Katoh, Y., Sakanoi, T., Kataoka, R., Okano, S.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research
Volume: A121(3)
Pages: 2360-2373
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 地上ネットワーク観測による内部磁気圏の粒子波動変動の研究：PWINGプロジェクト2016
Author(s)
塩川 和夫, 大塚 雄一, 大山 伸一郎, 三好 由純, 西谷 望, 尾崎 光紀, 片岡 龍峰, 能勢 正仁, 関 華奈子, 篠原 育, 長妻 努, 田中 良昌, 坂野井 健, 土屋 史紀, 尾花 由紀, 鈴木 臣
Organizer
第140回SGEPSS総会および講演会
Place of Presentation
九州大学（福岡）
Year and Date
2016-11-19 – 2016-11-23
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