| Project/Area Number |
22KK0046
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
三好 由純 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (10377781)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 泰信 国立極地研究所, 共同研究推進系, 教授 (00362210)
松田 昇也 金沢大学, 電子情報通信学系, 准教授 (20772213)
淺村 和史 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50321568)
齊藤 慎司 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波伝搬研究センター, 主任研究員 (60528165)
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| Project Period (FY) |
2022-10-07 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | 脈動オーロラ / 数値シミュレーション / ロケット実験 / 光学観測 / 高エネルギー粒子 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、脈動オーロラと呼ばれる、数キロ電子ボルト程度のエネルギーの電子が引き起こす数秒ごとに明滅するオーロラ発生時に、宇宙空間から数百キロ電子ボルトから数メガ電子ボルトに至る相対論的高エネルギー電子が同時に降りこむという理論の検証を目的とする。この目的を達成するために、スウェーデン宇宙物理研究所との連携によって、地上からの光学観測、レーダー観測、また観測ロケット実験を実施する。さらに、シミュレーションとの比較を通して、その物理的起源を明らかにする。EPPは中層大気オゾンの破壊を起こす可能性が指摘されており、本研究は宇宙の電子がどのように地球大気に影響を及ぼすかを明らかにするという意義を持つ。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、脈動オーロラ（PsA：Pulsating Aurora）と呼ばれる現象に注目し、その物理過程の解明を目的とするものである。脈動オーロラは、数キロ電子ボルト（keV）程度のエネルギーを持つ電子が高層大気に降り込むことにより、数秒ごとに明滅するようなオーロラ発光を生じさせる現象として知られている。近年の理論的研究では、こうしたPsAの発生と同時に、より高エネルギーである数百キロ電子ボルト（keV）から数メガ電子ボルト（MeV）に達する相対論的電子、すなわち高エネルギー降下粒子（EPP：Energetic Particle Precipitation）の降下が生じている可能性が指摘されている。本研究は、この仮説を観測的に検証することを主要な目的としている。本年度は、今後の詳細な観測計画の立案に向けた議論を海外研究者とともに進め、観測対象や必要な空間分解能・時間分解能に関する要件を再度 検討した。観測データの解析に関しては、北欧域において取得された過去の光学観測データを用い、オメガバンドと呼ばれる大規模なオーロラ構造内に出現する脈動オーロラについて詳細な解析を行った。具体的には、発光強度の時系列変動とともに、降下電子の平均エネルギーおよび downward energy flux を光学データから導出する手法を適用し、空間的・時間的な構造との対応関係を明らかにした。一方で、脈動オーロラ中にしばしば観測される「over darkening」と呼ばれる一時的なオーロラの漆黒化現象に関しても、過去に実施された観測ロケット実験のデータを解析し、発光の急激な減衰が数keV以上の降下電子の顕著な欠落に起因することを示した。この現象は、降下粒子の時間変動に関する新たな知見を与えるものであり、今後の理論モデルとの整合性を検証する上でも重要である。これら一連の成果については、国内外の学会・研究集会において発表を行った。
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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
これまでの研究において、人工衛星が観測した磁気圏のプラズマ波動と電子のデータから、超高層に降り込む電子のエネルギースペクトルを導出する手法を新たに開発することに成功している。また、波動粒子相互作用に関するテスト粒子計算のシミュレーションの開発を進めており、波動粒子相互作用の結果から、オーロラ発光の波長依存性や高度分布の計算を行うことが可能となり、地上オーロラ観測と宇宙空間における波動粒子相互作用の対応についての議論を進められるようになった。観測ロケットについては、NASAの観測ロケット実験提案に参加し、計画の立案を進めてきている。
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| Strategy for Future Research Activity |
オーロラに向けた観測ロケット実験を実行するために、数値シミュレーションの開発を継続して実施する。特に波動の伝搬特性を変化させた際の光学発光やX線の変化について議論していく。また、オーロラ光学観測装置の導入を進め、適切な観測波長等の選択を行っていく。
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