地球大気プラズマ結合過程の解明

• 研究課題/領域番号: 18K03726
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分17010:宇宙惑星科学関連
• 研究機関: 北海道情報大学
• 研究代表者: 渡部 重十 北海道情報大学, 経営情報学部, 教授 (90271577)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: サウンディングロケット / 中間圏 / 熱圏 / 熱圏風 / 大気重力波 / リチウム / バリウム / ストロンチウム / 超高層大気 / オーロラ電場 / 中性大気風 / ロケット実験 / 原子状雲 / イオン状雲 / プラズマ / 大気プラズマ結合 / 電離圏 / 大気プラズマ相互作用

研究成果の概要

サウンディングロケットから放出したリチウム原子やTMA(Trimethyl aluminum)の運動から，地球大気の高度100km付近に存在する約100m/sの大気風速度シア(高度幅20km)とそれに付随する大気重力波を発見した。リチウム原子雲を高度100km以上にトレイル状に生成する技術は欧米でのサウンディングロケット実験で採用された。さらに，リチウム，バリウム，ストロンチウムを使ったロケット実験を2021年12月にノルウェーとスバールバル諸島で実施した。それぞれの原子は光電離しイオン状雲を生成する。原子状雲とイオン状雲の運動から中性大気風速と電場を同時に可視化することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

・学術的意義：高度100km付近の大気とプラズマは気球や人工衛星が飛翔できない領域であり，直接観測できるのはロケットしかない。この領域は地上付近の大気変動が伝播・砕破し熱圏風へと変換する領域である。本研究により砕破と熱圏風を直接観測しただけでなくプラズマも生成することで大気風と電磁場を同時に可視化した。
・社会的意義：原子状雲をトレイル状に生成する技術を我々は確立した。この技術は欧米に輸出され同様の実験が行われている。また，高度100km付近は地上の温暖化に伴う超高層大気の寒冷化が発生している領域でもある。超高層大気の寒冷化は大気密度の減少を引き起こしデブリの寿命が長くなることに繋がる。

研究成果

• [雑誌論文] Reflectivity of Venus’ dayside disk during the 2020 observation campaign: outcomes and future perspectives (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. J. Lee, A. Garca Muoz, A. Yamazaki, E. Qumerais, S. Mottola, S. Hellmich, T. Granzer, G. Bergond, M. Roth, E. Gallego-Cano, J.-Y. Chaufray, R. Robidel, G. Murakami, K. Masunaga, and et al.
  • 雑誌名: The Planetary Science Journal 巻: 3 号: 9 ページ: 209-209
  • DOI: 10.3847/psj/ac84d1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ion Outflow from the Polar Ionosphere (2022)
  • 著者名/発表者名: ABE Takumi, WATANABE Shigeto, YAU Andrew and KITAMURA Naritoshi
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res 巻: 98 ページ: 472-476
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation of UV absorbers on Venus using the 283 and 365 nm phase curves obtained from Akatsuki (2021)
  • 著者名/発表者名: Lee, Y. J., A. Garcia Munoz, A. Yamazaki, M. Yamada, S. Watanabe, T. Encrenaz
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 号: 7 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1029/2020gl090577
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Onset Altitudes of Co‐Seismic Ionospheric Disturbances Determined by Multiple Distributions of GNSS TEC After the Foreshock of the 2011 Tohoku Earthquake on March 9, 2011 (2021)
  • 著者名/発表者名: Kakinami Yoshihiro、Saito Hiroaki、Yamamoto Tetsuo、Chen Chia‐Hung、Yamamoto Masa‐yuki、Nakajima Kensuke、Liu Jann‐Yenq、Watanabe Shigeto
  • 雑誌名: Earth and Space Science 巻: 8 号: 8 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1029/2020ea001217
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dayside cloud top structure of Venus retrieved from Akatsuki IR2 observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato T.M.、Satoh T.、Sagawa H.、Manago N.、Lee Y.J.、Murakami S.、Ogohara K.、Hashimoto G.L.、Kasaba Y.、Yamazaki A.、Yamada M.、Watanabe S.、Imamura T.、Nakamura M.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 345 ページ: 113682-113682
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.113682
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Daytime Dynamo Electrodynamics With Spiral Currents Driven by Strong Winds Revealed by Vapor Trails and Sounding Rocket Probes (2020)
  • 著者名/発表者名: Pfaff R.、Larsen M.、Abe T.、Habu H.、Clemmons J.、Freudenreich H.、Rowland D.、Bullett T.、Yamamoto M.‐Y.、Watanabe S.、Kakinami Y.、Yokoyama T.、Mabie J.、Klenzing J.、Bishop R.、Walterscheid R.、Yamamoto M.、Yamazaki Y.、Murphy N.、Angelopoulos V.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 号: 15 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1029/2020gl088803
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Brightness modulations of our nearest terrestrial planet Venus reveal atmospheric super-rotation rather than surface features (2020)
  • 著者名/発表者名: Lee Y. J.、Garc?a Mu?oz A.、Imamura T.、Yamada M.、Satoh T.、Yamazaki A.、Watanabe S.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19385-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] How waves and turbulence maintain the super-rotation of Venus’ atmosphere (2020)
  • 著者名/発表者名: Horinouchi Takeshi、Hayashi Yoshi-Yuki、Watanabe Shigeto、Yamada Manabu、Yamazaki Atsushi、Kouyama Toru、Taguchi Makoto、Fukuhara Tetsuya、Takagi Masahiro、Ogohara Kazunori、Murakami Shin-ya、Peralta Javier、Limaye Sanjay S.、Imamura Takeshi、Nakamura Masato、Sato Takao M.、Satoh Takehiko
  • 雑誌名: Science 巻: 368 号: 6489 ページ: 405-409
  • DOI: 10.1126/science.aaz4439
  • NAID: 120006863171
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Vertical Coupling Between the Cloud‐Level Atmosphere and the Thermosphere of Venus Inferred From the Simultaneous Observations by Hisaki and Akatsuki (2020)
  • 著者名/発表者名: Nara Y.、Imamura T.、Masunaga K.、Lee Y.?J.、Terada N.、Yoshioka K.、Yamazaki A.、Seki K.、Yoshikawa I.、Yamada M.、Watanabe S.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 125 号: 3 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1029/2019je006192
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stationary features at the cloud top of Venus observed by Ultraviolet Imager onboard Akatsuki (2019)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Kitahara, Takeshi Imamura, Takao M. Sato, Atsushi Yamazaki, Yeon Joo Lee, et al.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 1266-1281
  • DOI: 10.1029/2018je005842
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Planetary‐Scale Variations in Winds and UV Brightness at the Venusian Cloud Top: Periodicity and Temporal Evolution (2019)
  • 著者名/発表者名: Imai Masataka、Kouyama Toru、Takahashi Yukihiro、Yamazaki Atsushi、Watanabe Shigeto、Yamada Manabu、Imamura Takeshi、Satoh Takehiko、Nakamura Masato、Murakami Shin‐ya、Ogohara Kazunori、Horinouchi Takeshi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 124 号: 10 ページ: 2635-2659
  • DOI: 10.1029/2019je006065
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Long-term Variations of Venus’s 365 nm Albedo Observed by Venus Express, Akatsuki, MESSENGER, and the Hubble Space Telescope (2019)
  • 著者名/発表者名: Lee Yeon Joo、Jessup Kandis-Lea、Perez-Hoyos Santiago、Titov Dmitrij V.、Lebonnois Sebastien、Watanabe Shigeto, et al.,
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 158 号: 3 ページ: 126-126
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab3120
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] HDO and SO2 thermal mapping on Venus (2019)
  • 著者名/発表者名: Encrenaz T.、Greathouse T. K.、Marcq E.、Sagawa H.、Widemann T.、Bezard B.、Fouchet T.、Lefevre F.、Lebonnois S.、Atreya S. K.、Lee Y. J.、Giles R.、Watanabe S.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 623 ページ: A70-A70
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201833511
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Theory, modeling, and integrated studies in the Arase (ERG) project (2018)
  • 著者名/発表者名: Kanako Seki, Shigeto Watanabe, et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 10 ページ: 283-310
  • NAID: 120006517789
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultraviolet imager on Venus orbiter Akatsuki and its initial results (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Yamazaki, Shigeto Watanabe, et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 10 ページ: 1-11
  • NAID: 120006489890
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Comparing of topside electron densities obtained by satellites with IRI model (2022)
  • 著者名/発表者名: Shigeto Watanabe
  • 学会等名: COSPAR
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 観測ロケットによる熱圏下部の中性大気風 (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡部重十, 柿並義宏
  • 学会等名: JAXA観測ロケットシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular and metalic ions in the magnetosphere: ISSI team preliminary results (2022)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Yamauchi, et al.
  • 学会等名: EGU
  • 国際学会
• [学会発表] Mean Winds and Planetary-scale Waves at the Cloud Top of Venus from the 6-year Observation of Akatsuki/UVI (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeshi HORINOUCHI, Toru KOUYAMA, Masataka IMAI, Yeon Joo LEE, Shin-ya MURAKAMI, Shigeto WATANABE, Manabu YAMADA, Atsushi YAMAZAKI, Takehiko SATOH
  • 学会等名: AOGS
  • 国際学会
• [学会発表] Two-band simultaneous planetary lightning observation with two photometers mounted on a ground-based telescope (2022)
  • 著者名/発表者名: Tatsuharu Ono, Yukihiro Takahashi, Mitsuteru Sato, Seiko Takagi, Shigeto Watanabe and Masataka Imai
  • 学会等名: AGU
  • 国際学会
• [学会発表] Plasmasphere Modeling (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe
  • 学会等名: COSPAR(International Reference Ionosphere 2019 Workshop）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Coupling between ionosphere and thermosphere (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe
  • 学会等名: COSPAR(International Reference Ionosphere 2019 Workshop）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Real time observations of snowfall and snowflake size distribution with video camera (2019)
  • 著者名/発表者名: Shigeto Watanabe, Ken Takeshi Murata and Praphan Pavarangkoon
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Ground-Based Observational Analysis of Venus’s Atmospheric Features in UV (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryan M. McCabe, Kunio M Sayanagi, John J Blalock, Jacob Gunnarson, Javier Peralta, Candace Gray, Kevin McGouldrick, Takeshi Imamura, Shigeto Watanabe and Yeon Joo Lee
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Plasma dynamics in Saturn’s middle-latitude ionosphere and implications for magnetosphere-ionosphere coupling (2019)
  • 著者名/発表者名: Shotaro Sakai; Shigeto Watanabe
  • 学会等名: MOP
  • 国際学会
• [学会発表] 観測ロケットS-520-26 号機による熱圏中性大気とプラズマの結合過程解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部重十，阿部啄美
  • 学会等名: 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所 観測ロケットシンポジウム
• [学会発表] 観測ロケット搭載用真空計の開発について (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部啄美,，渡部重十
  • 学会等名: 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所 観測ロケットシンポジウム
• [学会発表] ELECTRON DENSITY MODELS OF PLASMASPHERE (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeto Watanabe
  • 学会等名: COSPAR
  • 招待講演