カスプ帯とオーロラ帯2対共役点観測による太陽風エネルギー流入過程の研究

• 研究課題/領域番号: 07044104
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 佐藤 夏雄 国立極地研究所, 情報科学センター, 教授 (50132709)
• 研究分担者: BARNES Rob ジョンズホプキンス大学, 応用物理研究所, 研究員 ; 楊 恵根 中国極地研究所, 超高層物理部門, 助教授 ; SAEMUNDSSON ゾルスタイン アイスランド大学, 科学研究所, 教授 ; STAUNING Pet デンマーク気象研究所, 主任研究官 ; 佐納 康治 朝日大学, 経営工学, 講師 (50257531) ; 坂 翁介 九州大学, 理学部, 助教授 (80108638) ; 菊池 崇 郵政省, 通信総合研究所, 主任研究官 ; 竹内 智 山梨大学, 工学部, 助教授 (50115317) ; DUDENEY John 英国南極調査所, 研究部, 部長 ; 劉 瑞源 中国極地研究所, 超高層物理部門, 教授 ; 巻田 和男 拓殖大学, 工学部, 教授 (40129945) ; 西野 正徳 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 講師 (70023679) ; 麻生 武彦 京都大学, 工学部, 助教授 (10026255) ; 岡田 雅樹 国立極地研究所, 情報科学センター, 助手 (40270425) ; 行松 彰 国立極地研究所, 研究系, 助手 (70260007) ; 門倉 昭 国立極地研究所, 資料系, 助手 (70185883) ; 宮岡 宏 国立極地研究所, 情報科学センター, 助教授 (10150046) ; 山岸 久雄 国立極地研究所, 研究系, 助教授 (20132714) ; 岡野 章一 国立極地研究所, 研究系, 教授 (10004483) ; 江尻 全機 国立極地研究所, 資料系教授, 教授 (30013692) ; EGELAND Alv オスロ大学, 教授 ; SANO Y Asahi University ; YANG H Chinese Polar Research Institute ; DUDENEY J British Antarctic Survey ; LIU R Chinese Polar Research Institute ; PINNOCK Mick 英国南極調査所, 研究官 ; BAKER Kile B ジョンズホプキンス大学, 応用物理研究所, 主任研究員 ; SAEMUNDSSON ゾルステイン アイスランド大学, 科学研究所, 教授 ; 堤 雅基 国立極地研究所, 研究系, 助手 (80280535) ; 菊地 雅行 国立極地研究所, 研究系, 助手 (20270423) ; 鮎川 勝 国立極地研究所, 研究系, 助教授 (50000154)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 15,500千円 (直接経費: 15,500千円); 1996年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円); 1995年度: 7,500千円 (直接経費: 7,500千円)
• キーワード: オーロラ / 共役点 / オーロラ帯 / カスプ域 / 極冠域 / HFレーダー / 北極 / 南極 / 共役点観測 / 極冠域(カスプ域) / イメージングリオメータ / 脈動オーロラ / プラズマ対流 / 南極・北極

研究概要

本研究では、地球上のオーロラ帯で唯一南北共役点観測が可能である南極昭和基地と北極域のアイスランドでのオーロラ観測に加え、高高緯度のカスプ帯に位置する中国南極中山基地とスピッツベルゲンでの共役点観測を同時に実施する。さらに、昭和基地に設置した大型短波レーダーと北極域での諸外国短波レーダー網観測により、南北両極域の広範囲での磁気圈ダイナミックスの情報を得る事である。そして、太陽風の電磁エネルギーがどのような物理過程を経て極域磁気圈から大気圏まで、そして、高高緯度のカスプ帯からオーロラ帯の南北半球の地上付近まで輸送されているかを明らかにし、太陽電磁エネルギーが地球環境に及ぼす影響の手掛かりを得る事を目的にしている。
1.現地観測概要
大型HFレーダー
南極昭和基地の大型HFレーダーは平成7年7月にはほぼ本格的な観測体制に入ることができた。それに伴い国際的HFレーダー網観測のSuperDARNの一つの貴重な観測点としての役割を果たすとともに、国際的な共同研究が開始した。特に、英国のハーレー基地と昭和基地の視野が重なることからプラズマ対流の二次元像を明らかにすべくデーター交換と人的交流による共同研究が開始された。この研究を主に英国の南極調査所と米国ジョンズホプキンス大学と実施した。
アイスランド
8-9月及び2-3月の秋・春分時期にアイスランドにおいて、オーロラTVカメラやフォトメータを用いて、昭和基地との共役点オーロラ同時観測を実施した。8年度は望遠レンズをもちいてのオーロラの微細構造の観測も実施した。また、アイスランド国内三箇所の観測点の整備・点検、およびインターネット通信回線による伝送試験も実施してきた。
グリーンランド
12-1月に全天TVカメラ観測及び、8年度はオーロラの微細構造を明らかにすべく、各種の望遠レンズを用いての高時間・空間分解能での観測を実施した。多くの興味深いフリッカリングオーロラやコロナオーロラの動形態と微細構造を数多く観測することができた。
スピッツベルゲン
イメージングオメータの連続観測を開始している。また、2月にはTVカメラによる昼間のオーロラ観測を行った。このイメージングオメータとオーロラ観測は来年度の南極中山基地との同時観測を実施すべく予備観測も含めて実施した。
中国中山基地
オーロラTVカメラと多色フォトメータ装置は1995年度に設置し、中国人の観測隊員により越冬期間中の観測を行って来ている。今年度は2名を派遣し、イメージングリオメータと磁力計を設置した。
キルナでのオーロラ立体観測
スエ-デン地球物理研究所との共同でオーロラの立体観測を実施した。この観測はEISCATレーダやポーラ衛星との同時観測も兼ねて実施され、大変興味深い同時観測データが取得できた。
2.新たな研究成果概要
パルセ-テイング(脈動)オーロラの共役性
昭和基地とアイスランドで同時に観測された脈動オーロラの定量的な画像解析を行った。その結果、発生領域の共役性は良いがその周期は必ずしも同じでなく、かつ位相が180度異なっていることが明らかになった。
オーロラ爆発に伴うオーロラの共役・非共役性
昭和基地とアイスランドで同時に観測されたオーロラのなかで、特に、非共役なオーロラブレックアップ現象を見い出した。この非共役性はオーロラ粒子の加速過程の発生機構を考える上で重要な観測事実を提供するものと思える。
オーロラカ-テンの厚さの決定
オーロラのカ-テンの厚さは数100mから1000mと言われていた。しかし、今回実際の超望遠カメラ観測により、50〜100mと非常に薄い現象が存在する事が明らかになった。この発見はオーロラの発生・発光機構の本質に関わる重要な事実を提供した事になる。
プラズマパッチの運動
高温で密度の高いプラズマ大気がパッチ状に孤立しているプラズマパッチはHFレーダーでしばしば観測される。このパッチの生成領域である昼間側のカスプ域から極冠域を通り、夜側のオーロラ帯にたどり着く経路と運動が極域全域にかかる対流電場で説明がつく事が明らかになった。
夜側オーロラサブストームにともなう急激な領域の移動
磁気圈の爆発現象であるサブストームの原因がいまだ良く解っていない。現在考えられている原因の一つに、磁気圈の夜側で磁場のリコネクションが起こり、このエネルギーの開放現象がサブストームであるという説がある。この説を検証する観測事実として、HFレーダーでサブストームに伴う急激な低緯度側への運動をするプラズマ領域を見い出した。

研究成果

• [文献書誌] Makita,K.他: "Auroral Dynamics in the Polar Cap Region" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.8. 7-16 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Takamura,N.他: "An Effect of Charge Exhange Processes on the Proton Enhancement Associated with a Storm/Substorm in the Magnetosphere" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.8. 37-48 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Ayukawa,M.他: "Characteristics of polar cap aurora" J.Atmos.Terr.Phys.57. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Takahashi,Y.他: "Imaging and photometric observations of proton aurora dynamics at Syowa Station,Antarctica" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.8. 1-6 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Nakajima,H.他: "Observations of thermospheric wind velocities and temperatures by the use of a Fabry-Perot Doppler imaging system at Syowa Station,Antarctica," Appl.Opt.34. 8382-8395 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Greenwald,R.A.他: "A global view of the dynamics of high-latitude convection" Space Sci.Rev.71. 761-796 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Minatoya他: "Absence of correlation between periodic pulsationg auroras in geomagnetic conjugate area" J.Geomag.Geoelectr.47. 583-598 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Ranta,H.他: "Twilight anomaly,midday recovery and cutoff latitudes during the intense polarcap absorption event of March 1991" Ann.Geophysicae. 13. 262-276 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Stauning P.他: "Dynamics of cusp-latitude absorption events observed by imaging riometers" J.Geomag.Geoelectr.47,9. 823-5846 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Makita,K.,M.Ayukawa,H.Yamagishi,M.Ejiri M.and T.Sakanoi: "Auroral Dynamics in the polar cap region" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.8. 7-16 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kadokura,A.: "Numerical Modeling of Thermal Behaviors and Vertical Motions of Polar Patrol Balloon with Auto-Ballasting System" J.Geomag.Geoelectr.47. 377-404 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Okada,M.他: "Computer experiments of spacecraft--plasma interactions in a dilute and high-Beta e plasma with a fast plasma flow" J.Geophys.Res.100. 21549-21559 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Sato,N.他: "Time lag of auroral breakup in conjugate hemisphere" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.9. 72-74 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Angelopuolos,V.他: "Multipoint analysis of bursty bulk flow events : I.April 11,1985" J.Geophys.Res.101. 4967-4987 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Minatoya H.他: "Large longitudinal displacements of conjugaet aruroras during midnight sector" J.Geomag.Geoelectr.48. 967-975 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Ebiahra,Y.他: "A convection enhancement event observed with the Polar Patrol Balloon ♯4" Proc.NIPR Symp.Atmos.Phys.9. 12-24 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Saka,O.他: "Ground-satellite correlation of low-latitude Pi2 pulsations : A transverse field line oscillation in the magnetosphere" J.Geophys.Res.101. 15433-15442 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Saka,O.他: "A time source of data acquisition system designed for phase propagation study of the magnetic pulsations" J.Geomag.Geoelectr.48. 1321 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Nakajima,H.他: "Observations of thermospheric wind velocities and temperatures by the use of a Fabry-Perot Doppler imaging system at Syowa Station,Antarctica" Appl.Opt.34,36. 8382-8395 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kikuchi,T.他: "Direct penetration of the polar electric field to the equator during a DP2 event as detected by the auroral and equatorial magnetometer chains and the EISCAT radar" J.Geophys.Res.101. 17161-17173 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Yang H.,S.Wang,Z.Zhao: "MHD vortices in the magnetospheric low latitude boundary layer" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.9. 1-11 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Murayama,Y.他: "Development of a high-resolution imagingriometer for the middle and upper atmosphere observation program at PokarFlat,Alaska" J.Atmos.Solar-Terr,Phys.(in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Ayukawa M.他: "Characteristics of polar cap aurora," J.Atmos.Terr.Phys.58,16. 1885-1894 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Makita K.他: "Polar cusp,plasma mantle particles and their relationships to polar rain" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.9. 25-33 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Nishitani N.他: "Averaged pattern of ionospheric echo region and convection : Initial results from the Syowa Station HF radar" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.10(in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Makita, K.et al.: "Auroral Dynamics in the Polar Cap Region" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.8. 7-16 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Takamura, N.et al.: "An Effect of Charge Exchange Processes on the Proton Enhancement Associated with a Storm/Substorm in the Magnetosphere" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.8. 37-48 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ayukawa, M et al.: "Caracteristics of polar cap surora" J.Atmos.Terr.Phys.57 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Takahashi, Y.et al.: "Imaging and photometric observations of proton aurora dynamics at Syowa Station, Antarctica" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.8. 1-6 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nakajima, H.et al.: "Observations of thermospheric wind velocities and temperatures by the use of a Fabry-Perot Doppler imaging system at Syowa Station, Antarctica" Appl.Opt.34. 8382-8395 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Greenwald, R.A.et al.: "A global view of the dynamics of high-latitude convection" Space Sci.Rev.71. 761-796 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Minatoya et al.: "Absence of correlation between periodic pulsationg auroras in geomagnetic conjugate area" J.Geomag.Geoelectr.47. 583-598 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ranta, H.et al.: "Twilight anomaly, midday recovery and cutoff latitudes during the intense polarcap absorption event of March 1991" Ann.Geophysicae. 13. 262-276 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Stauning P.et al.: "Dynamics of cusp-latitude absorption events observed by imaging riometers" J.Geomag.Geoelectr.47,9. 823-846 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Makita, K., M.Ayukawa, H.Yamagishi, M.Ejiri M.and T.Sakanoi: "Auroral Dynamics in the polar cap region" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.8. 7-16 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kadokura, A.: "Numerical Modeling of Thermal Behaviors and Vertical Motions of Polar Patrol Balloon with Auto-Ballasting System" J.Geomag.Geoelectr.47. 377-404 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Okada, M.et al.: "Computer experiments of spacecraft--plasma interactions in a dilute and high-Beta e plasma with a fast plasma flow" J.Geophys.Res.100. 21549-21559 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sato, N.et al.: "Time lag of auroral breakup in conjugate hemisphere" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.9. 72-74 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Angelopuolos, V.et al.: "Multipoint analysis of bursty bulk flow events : I.April 11,1985" J.Geophys.Res.101. 4967-4987 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Minatoya H.et al.: "Large longitudinal displacements of conjugaet aruroras during midnight sector" J.Geomag.Geoelectr. 48. 967-975 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ebiahra, Y.et al.: "A convection enhancement event observed with the Polar Patrol Balloon #4" Proc.NIPR Symp.Atmos.Phys.9. 12-24 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Saka, O.et al: "Ground-satellite correlation of low-latitude Pi2 pulsations : A transverse field line oscillation in the magnetosphere" J.Geophys.Res.101. 15433-15442 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Saka, O.et al: "A time source of data acquisition system designed for phase propagation study of the magnetic pulsations" J.Geomag.Geoelectr.48. 1321 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nakajima, H.et al.: "Observations of thermospheric wind velocities and temperatures by the use of a Fabry-Perot Doppler imaging system at Syowa station, Antarctica" Appl.Opt.34,36. 8382-8395 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kikuchi, T.et al.: "Direct penetration of the polar electric field to the equator during a DP2 event as detected by the auroral and equatorial magnetometer chains and the EISCAT radar" J.Geophys.Res.101. 17161-17173 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yang H., S.Wang, Z.Zhao: "MHD vortices in the magnetospheric low latitude boundary layr" Proc.NIPR Symp.on Upper Atmos.Phys.9. 1-11 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Murayama, Y.et al.: "Development of a high-resolution imaging riometer for the middle and upper atmosphere observation program at Pokar Flat, Alaska" J.Atmos.Solar-Terr.Phys.(in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ayukawa M.et al: "Characteristics of polar cap aurora" J.Atmos.Terr.Phys.58,16. 1885-1894 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Makita K.et al.: "Polar cusp, plasma mantle particles and their relationships to polar rain" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.9. 25-33 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nishitani N.et al.: "Averaged pattern of ionospheric echo region and convection : Initial results from the Syowa Station HF radar" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.10 (in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Angelopuolos,V.他: "Multipoint analysis of bursty bulk flow events : I.April 11,1985" J.Geophys.Res.101. 4967-4987 (1996)
• [文献書誌] Minatoya,H.他: "Large longitudinal displacements of conjugaet aruroras during midnight sector" J.Geomag.Geoelectr.48. 967-975 (1996)
• [文献書誌] Ebiahra,Y.他: "A convection enhancement event observed with the Polar Patrol Balloon♯4" Proc.NIPR Symp.Atmos.Phys.9. 12-24 (1996)
• [文献書誌] Saka,O.他: "Ground-satellite correlation of low-latitude Pi2 pulsations : A transverse field line oscillation in the magnetosphere." J.Geophys.Res.101. 15433-15442 (1996)
• [文献書誌] Saka,O.他: "A time source of data acquisition system designed for phase propagation study of the magnetic pulsations" J.Geomag.Geoelectr.48. 1321 (1996)
• [文献書誌] Nakajima,H.他: "Observations of thermospheric wind velocities and temperatures by the use of a Fabry-Perot Doppler imaging system at Syowa Station,Antarctica" Appl.Opt.34,36. 8382-8395 (1996)
• [文献書誌] Kikuchi,T.他: "Direct penetration of the polar electric field to the equator during a DP2 event as detected by the auroral and equatorial magnetometer chains and the EISCAT radar" J.Geophys.Res.101. 17161-17173 (1996)
• [文献書誌] Yang,H.,S.Wang,Z.Zhao: "MHD vortices in the magnetospheric low latitude boundary layer" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.9. 1-11 (1996)
• [文献書誌] Murayama,Y.他: "Development of a high-resolution imagingriometer for the middle and upper atmosphere observation program at PokarFlat,Alaska" J.Atmos.Solar-Terr.Phys.(in press). (1997)
• [文献書誌] Ayukawa,M.他: "Characteristics of polar cap aurora" J.Atmos.Terr.Phys.58,16. 1885-1894 (1996)
• [文献書誌] Makita,K.他: "Polar cusp,plasma mantle particles and their relationships to polar rain" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.9. 25-33 (1996)
• [文献書誌] Nishitani,N.他: "Averaged pattern of ionospheric echo region and convection : Initial results from the Syowa Station HF radar" Proc.NIPR Symp.Upper Atmos.Phys.10(in press). (1997)
• [文献書誌] Minatoya,K.他: "Absence of correlation between periodic pulsationg auroras in geomagnetic conjugate area" J.Geomag.Geoelectr.47. 583-598 (1995)
• [文献書誌] Greenwald,R.A.他: "A global view of the dynamics of high-latitude convection" Space Sci.Rev.71. 761-796 (1995)
• [文献書誌] Ranta,H.他: "Twilight anomaly,midday recovery andcutoff latitudes during the intense polarcap absorption event of March 1991" Ann.Geophysicae. 13. 262-276 (1995)
• [文献書誌] Stauning,P.他: "Dynamics of cusp-latitude absorption events observed by imaging riometers" J.Geomag.Geoelectr. 47. 823-846 (1995)
• [文献書誌] Sato,N.他: "Time lag of auroral breakup in conjugate hemispheres" Proc.NIPR Symp Upper Atmos.Phys. 9. 72-74 (1996)
• [文献書誌] Minatoya,K.他: "Large displacement of conjugate auroras in the midnight sector" J.Geomag.Geoelectr.(印刷中).