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衛星からの多色光学観測を用いたオーロラ降下電子エネルギーの広域特性の解明

Research Project

Project/Area Number 22KJ1357
Project/Area Number (Other) 21J20254 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

南條 壮汰  電気通信大学, 情報理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsオーロラ / デジタルカメラ / STEVE / 光学観測 / 脈動オーロラ
Outline of Research at the Start

本研究は、宇宙飛行士が国際宇宙ステーションからデジタルカメラで撮影したオーロラの画像を用いて、オーロラ降下電子の平均エネルギーを広範囲にわたって導出することを目標とする。そのために、地上において国際宇宙ステーションと同じカメラとレンズを用いてオーロラの観測を行う。降下電子の平均エネルギーはEISCATレーダーの計測結果から推定できるため、観測器はノルウェー・トロムソのEISCATサイト内に設置する。レーダーで得られた推定値とカメラが得た色の値を比較することで、写真の色から平均エネルギーを推定することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

2022年9月から継続してノルウェー・トロムソにあるRamfjordmoen観測所において商用デジタルカメラを用いたオーロラの観測を継続している。
この観測システムでは、深層学習モデルを用いてオーロラ出現時にのみ観測を行うという機能を実装しているが、これも現在に至るまで安定して所望通りの動作をしている。
本研究の最終目標はデジカメによって観測されたオーロラの色と降下電子の平均エネルギーを比較し、両者の対応関係を経験的に導出することであったが、今年度はこれが可能となる観測データが複数事例得られた。実際の解析はまだ行えていないが、予備実験としてフォトメータが記録するオーロラの輝度値とデジカメのRGB値を比較したところ、両者はよい一致を示していたため、2024年度以降に成果をまとめ発表したいと考えている。
また、2022年度に開発したオーロラの発生を自動通知するウェブアプリケーションTromsoe AIのユーザー(ノルウェー・トロムソで活動する写真家)が本アプリケーションを通じて、通常と異なる色、形態を持つ発光現象を観測したので、彼を共著者として迎え入れた上でこれについての査読付き論文を公表した。
さらに、今後、商用デジタルカメラで脈動オーロラの高速な変調(内部変調)が観測されることが期待されているため、地上で内部変調が観測できることから磁気圏電子のパラメータをどの程度推定できるのかについて考察した査読付き論文を公表した。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Post-midnight purple arc and patches appeared on the high latitude part of the auroral oval: Dawnside counterpart of STEVE?2024

    • Author(s)
      Sota Nanjo、Gabriel Arne Hofstra、Kazuo Shiokawa、Atsuki Shinbori、Satonori Nozawa、Keisuke Hosokawa
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 76 Issue: 1

    • DOI

      10.1186/s40623-024-01995-9

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] An Implication of Detecting the Internal Modulation in a Pulsating Aurora: A Conjugate Observation by the Arase Satellite and All‐Sky Imagers2023

    • Author(s)
      Nanjo S.、Ebukuro S.、Nakamura S.、Miyoshi Y.、Kurita S.、Oyama S.‐I.、Ogawa Y.、Keika K.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Matsuoka A.、Hori T.、Yokota S.、Matsuda S.、Shinohara I.、Wang S.‐Y.、Kazama Y.、Jun C.‐W.、Kitahara M.、Hosokawa K.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      Volume: 128 Issue: 8

    • DOI

      10.1029/2023ja031499

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] An automated auroral detection system using deep learning: real-time operation in Troms?, Norway2022

    • Author(s)
      Nanjo Sota、Nozawa Satonori、Yamamoto Masaki、Kawabata Tetsuya、Johnsen Magnar G.、Tsuda Takuo T.、Hosokawa Keisuke
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 106-106

    • DOI

      10.1038/s41598-022-11686-8

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Periodicities and Colors of Pulsating Auroras: DSLR Camera Observations From the International Space Station2021

    • Author(s)
      Nanjo Sota、Hozumi Yuta、Hosokawa Keisuke、Kataoka Ryuho、Miyoshi Yoshizumi、Oyama Shin‐ichiro、Ozaki Mitsunori、Shiokawa Kazuo、Kurita Satoshi
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      Volume: 126 Issue: 10

    • DOI

      10.1029/2021ja029564

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 夜側で観測されたショックオーロラを構成する 3 種類の発光とその時空間発展2023

    • Author(s)
      南條壮汰, 山内正敏, Magnar G. Johnsen, 横山佳弘, Urban Braendstroem, 細川敬祐
    • Organizer
      地球電磁気・地球惑星圏学会(SGEPSS)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] An AI-based auroral observation using a wide angle digital camera mounted on a gimbal2023

    • Author(s)
      Nanjo, S., U. Braendstroem, T. T. Tsuda, T. Aoki, and K. Hosokawa
    • Organizer
      47th Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods (Optical Meeting)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Post-midnight にオーロラオーバルの極側で見られた STEVE のような発光の事例解析2023

    • Author(s)
      南條壮汰, G.A. Hofstra, 野澤悟徳, 塩川和夫, 川端哲也, 細川敬祐
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合 (JpGU)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 広角レンズを装着したデジカメとジンバルを用いたオーロラの観測:BROR ロケット実験との同時観測を含めた観測例の紹介2023

    • Author(s)
      南條壮汰, U. Braendstroem, T. Sergienko, 津田卓雄, 青木猛, 細川敬祐
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合 (JpGU)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] オーロラ観測のためのデジカメの校正実験と 2022 年度の観測計画2022

    • Author(s)
      南條壮汰,Urban Brandstrom,津田卓雄,青木猛,細川敬祐
    • Organizer
      中間圏・熱圏・電離圏 (MTI) 研究集会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ISS からのデジタルカメラを用いたオーロラ観測で得られる画像データの特徴2022

    • Author(s)
      南條壮汰,穂積裕太,細川敬祐,片岡龍峰,三好由純,大山伸一郎,尾崎光紀,塩川和夫,栗田怜
    • Organizer
      宇宙空間からの地球超高層大気観測に関する研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] AI とジンバルを用いたアクティブなオーロラ観測システムの開発と運用2022

    • Author(s)
      南條壮汰,Urban Brandstrom,津田卓雄,青木猛,細川敬祐
    • Organizer
      地球電磁気・地球惑星圏学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] An active observation of aurora using a gimbal and AI in Kiruna, Sweden2022

    • Author(s)
      Sota Nanjo, Urban Brandstrom, Takuo Tsuda, Takeshi Aoki, Keisuke Hosokawa
    • Organizer
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 深層学習を用いたオーロラの自動検出システム:ノルウェー・トロムソにおけるリアルタイム運用2021

    • Author(s)
      南條壮汰, 細川敬祐, 野澤悟徳, Magnar G. Johnsen
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 市民科学の促進を意識したオーロラのデジタルカメラ観測の活用例2021

    • Author(s)
      南條壮汰,細川敬祐,Olivier Staiger,門倉昭,田中良昌,小川泰信,松田昇也,笠原禎也,三好由純,中村紗都子,篠原育
    • Organizer
      太陽地球系物理学分野のデータ解析手法、ツールの理解と応用
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Tromsoe AI:ノルウェー・トロムソにおけるオーロラのリアルタイム検出システム2021

    • Author(s)
      南條壮汰,野澤悟徳,山本雅毅,川端哲也,Magnar G. Johnsen,津田卓雄,細川敬祐
    • Organizer
      地球電磁気・地球惑星圏学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Tromsoe AI: real-time notification service of auroral appearance in Tromsoe, Norway2021

    • Author(s)
      Sota Nanjo, Satonori Nozawa, Masaki Yamamoto, Tetsuya Kawabata, Magnar G. Johnsen, Takuo T. Tsuda, Keisuke Hosokawa
    • Organizer
      American Geophysical Union
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 深層学習を用いたオーロラの出現を通知するウェブアプリケーション2021

    • Author(s)
      南條壮汰,野澤悟徳,山本雅毅,川端哲也,Magnar G. Johnsen,津田卓雄,細川敬祐
    • Organizer
      宇宙地球環境の理解に向けての統計数理的アプローチ
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] Tromsoe AI

    • URL

      https://tromsoe-ai.cei.uec.ac.jp/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Annual Research Report
  • [Remarks] Tromsoe AI: Automated Auroral Detection System

    • URL

      https://tromsoe-ai.cei.uec.ac.jp/

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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