木星探査機Junoと地上多点観測の連携による木星オーロラ電波と雷の物理過程の解明

• 研究課題/領域番号: 20K22371
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0204:天文学、地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 新居浜工業高等専門学校
• 研究代表者: 今井 雅文 新居浜工業高等専門学校, 電気情報工学科, 助教 (10877260)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 木星オーロラ電波 / 雷 / Juno / 地上電波望遠鏡 / ハッブル宇宙望遠鏡

研究開始時の研究の概要

2016年7月、米国・NASAの木星探査機Junoが、史上初となる木星極軌道に投入された。申請者はアイオワ大学の博士研究員として4年間、同機に搭載された波動観測装置が取得したデータを解析し、木星オーロラ電波や雷についての新しい様相を明らかにしてきた。しかしながら、Junoの1地点衛星観測では空間的にも時間的にも激しく変動する木星オーロラや大気のダイナミクスを捉えることは難しい。本研究では、Juno探査機の主要ミッションが2021年夏まで延長されたことを活かして、その期間中に地上から電波や紫外・可視・近赤外の同時観測を行い、木星オーロラと大気のダイナミクスを探査する。

研究成果の概要

木星極域オーロラや木星大気には、ローカルなプラズマと磁場の相互作用から木星オーロラ電波と放電現象から木星の雷が生成されている。本研究では、Juno探査機と地上低周波電波望遠鏡を組み合わせ、木星オーロラ電波が広範囲の木星の緯度に存在することを示した。さらに、探査機とハッブル宇宙望遠鏡を駆使して、木星雷の生成される時間スケールはサブミリ秒以下であることと雲の無い空間も木星雷の生成に寄与している可能を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

木星に存在するオーロラや雷のような現象から様々な電波が発生している。2016年7月に米国・NASAのJuno探査機が初めて木星極周回軌道に投入され、地上望遠鏡と探査機を新たに組み合わせた木星オーロラ電波や雷の研究が行えるようになった。この利点を最大限に利用し、木星オーロラ電波の立体的なビーム構造の存在を明らかにし、さらに木星雷と大気との関係により新たな雷の時間的と空間的な情報を明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] University of Iowa/University of California, Berkeley/Southwest Research Institute(米国)
• [国際共同研究] Institute of Atmospheric Physics/Charles University(チェコ)
• [国際共同研究] University of Iowa/University of California, Berkeley/Southwest Research Institute(米国)
• [国際共同研究] Institute of Atmospheric Physics/Charles University(チェコ)
• [雑誌論文] A Comprehensive Set of Juno In Situ and Remote Sensing Observations of the Ganymede Auroral Footprint (2022)
  • 著者名/発表者名: Hue, V.、Szalay, J. R.、 Greathouse T. K.、 [and 24 others, including M. Imai]
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 号: 7
  • DOI: 10.1029/2021gl096994
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Loss of energetic ions comprising the ring current populations of Jupiter's middle and inner magnetosphere (2022)
  • 著者名/発表者名: Mauk B. H.、Allegrini F.、Bagenal F.、Bolton S. J.、Clark G.、Connerney J. E. P.、Gershman D. J.、Haggerty D. K.、Hue V.、Imai M.、Kollmann P.、Kurth W. S.、Nenon Q.、Paranicas C. P.、Rymer A. M.、Smith H. T.、Sulaiman A. H.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 127 号: 5
  • DOI: 10.1029/2022ja030293
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Simultaneous UV Images and High‐Latitude Particle and Field Measurements During an Auroral Dawn Storm at Jupiter (2021)
  • 著者名/発表者名: Ebert R. W.、Greathouse T. K.、Clark G.、Hue V.、Allegrini F.、Bagenal F.、Bolton S. J.、Bonfond B.、Connerney J. E. P.、Gladstone G. R.、Imai M.、Kotsiaros S.、Kurth W. S.、Levin S.、Louarn P.、Mauk B. H.、McComas D. J.、Paranicas C.、Sulaiman A. H.、Szalay J. R.、Thomsen M. F.、Wilson R. J.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 号: 12
  • DOI: 10.1029/2021ja029679
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low‐Latitude Whistler‐Mode and Higher‐Latitude Z‐Mode Emission at Jupiter Observed by Juno (2021)
  • 著者名/発表者名: Menietti J. D.、Averkamp T. F.、Imai M.、Kurth W. S.、Clark G. B.、Allegrini F.、Groene J. B.、Faden J. B.、Bolton S. J.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 号: 2
  • DOI: 10.1029/2020ja028742
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First Report of Electron Measurements During a Europa Footprint Tail Crossing by Juno (2020)
  • 著者名/発表者名: Allegrini F.、Gladstone G. R.、Hue V.、Clark G.、Szalay J. R.、Kurth W. S.、Bagenal F.、Bolton S.、Connerney J. E. P.、Ebert R. W.、Greathouse T. K.、Hospodarsky G. B.、Imai M.、Louarn P.、Mauk B. H.、McComas D. J.、Saur J.、Sulaiman A. H.、Valek P. W.、Wilson R. J.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 号: 18
  • DOI: 10.1029/2020gl089732
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Wave‐Particle Interactions Associated With Io's Auroral Footprint: Evidence of Alfven, Ion Cyclotron, and Whistler Modes (2020)
  • 著者名/発表者名: Sulaiman A. H.、Hospodarsky G. B.、Elliott S. S.、Kurth W. S.、Gurnett D. A.、Imai M.、Allegrini F.、Bonfond B.、Clark G.、Connerney J. E. P.、Ebert R. W.、Gershman D. J.、Hue V.、Janser S.、Kotsiaros S.、Paranicas C.、Santolik O.、Saur J.、Szalay J. R.、Bolton S. J.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 号: 22
  • DOI: 10.1029/2020gl088432
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Energetic Proton Acceleration Associated With Io's Footprint Tail (2020)
  • 著者名/発表者名: Clark G.、Mauk B. H.、Kollmann P.、Szalay J. R.、Sulaiman A. H.、Gershman D. J.、Saur J.、Janser S.、Garcia‐Sage K.、Greathouse T.、Paranicas C.、Allegrini F.、Bagenal F.、Bolton S. J.、Connerney J. E. P.、Ebert R. W.、Hospodarsky G.、Haggerty D.、Hue V.、Imai M.、Kotsiaros S.、McComas D. J.、Rymer A.、Westlake J.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 号: 24
  • DOI: 10.1029/2020gl090839
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] New understanding on Jupiter's lightning in the atmosphere as revealed by Juno (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Imai, W. S. Kurth, I. Kolmasova, O. Santolik, M. H. Wong, S. T. Brown, G. B. Hospodarsky, T. Guillot, H. N. Becker, S. J. Bolton, S. M. Levin
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Simultaneous UV Images and High-Latitude Particle and Field Measurements During an Auroral Dawn Storm at Jupiter (2021)
  • 著者名/発表者名: R. W. Ebert, T. K. Greathouse, G. Clark, V. Hue, F. Allegrini, F. Bagenal, S. J. Bolton, B. Bonfond, J. E. P. Connerney, G. R. Gladstone, M. Imai, Stavros Kotsiaros, W. S. Kurth, S. Levin, P. Louarn, B. H. Mauk, D. J. McComas, C. Paranicas, A. H. Sulaiman, J. R. Szalay, M. F. Thomsen, R. J. Wilson
  • 学会等名: Magnetospheres of the Outer Planets 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Loss Processes of Energetic Ring Current Ions in Jupiter's Inner and Middle Magnetosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: B. H. Mauk, F. Allegrini, F. Bagenal, S. J. Bolton, G. Clark, J. E. P. Connerney, D. J. Gershman, D. K. Haggerty, V. Hue, M. Imai, P. Kollmann, W. S. Kurth, C. P. Paranicas, A. M. Rymer, H. T. Smith, A. Sulaiman
  • 学会等名: Magnetospheres of the Outer Planets 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Planetary Radio Observation CubeSat: Current Step on Earth to Next Step on Moon (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Imai, K. Imai, N. Hirakoso, M. Nishio, T. Takada, K. Kitamura, J. Nakaya, Y. Murakami, M. Tokumitsu, M. Wakabayashi
  • 学会等名: ISAS Planetary Exploration Workshop 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Juno Waves Observations of Long Dispersion Lightning Whistlers Associated with the Io Torus (2021)
  • 著者名/発表者名: G.B. Hospodarsky, W.S. Kurth, M. Imai, I. Kolmasova, O. Santolik, J.E.P. Connerney, S.J. Bolton
  • 学会等名: American Geophysical Union (hybrid) meeting
  • 国際学会
• [学会発表] A Comprehensive Set of Juno In Situ and Remote Sensing Observations of the Ganymede Auroral Footprint (2021)
  • 著者名/発表者名: V. Hue, J.R Szalay, T. Greathouse, [and 24 others, including M. Imai]
  • 学会等名: American Geophysical Union (hybrid) meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Electromagnetic Evidence of Stepwise Extension of the Jovian Lightning Channels (2021)
  • 著者名/発表者名: I. Kolmasova, O. Santolik, M. Imai, W.S. Kurth, G.B. Hospodarsky, S.J. Bolton, J.E.P. Connerney
  • 学会等名: American Geophysical Union (hybrid) meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Jupiter’s magnetic field and the generation and control of decameter radiation observed by the Juno spacecraft (2021)
  • 著者名/発表者名: Y.M. Martos, J.E.P. Connerney, M. Imai, W.M. Farrell, W.S. Kurth
  • 学会等名: American Geophysical Union (hybrid) meeting
  • 国際学会
• [学会発表] KOSEN-1 Jupiter radio observation campaign with ground-based radio telescopes (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Imai, K. Imai, N. Hirakoso, Y. Ito, T. Sugawara, S. Suzuki, M. Nishio, T. Takada, K. Kitamura, J. Nakaya, Y. Murakami, M. Tokumitsu, T. E. Clarke, C. A. Higgins, J. F. Helmboldt, KOSEN-1 team
  • 学会等名: SGEPSS Fall Meeting 2021
• [学会発表] 広域・高時間分解観測から迫る空電と雷雨に関連した木星雷由来の電波パルス (2020)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Imai, Michael H. Wong, Ivana Kolmasova, Shannon T. Brown, Ondrej Santolik, William S. Kurth, George B. Hospodarsky, Scott J. Bolton, Steven M. Levin
  • 学会等名: 第148回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会（オンライン）
• [学会発表] A single-baseline analysis of Jupiter's decametric radiation with LWA-1 and LWA-SV (2020)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Imai, Taiki Soga, Kazumasa Imai, Charles A. Higgins
  • 学会等名: Technology for Next Generation Space-Earth Environmental Radio Science, Online
  • 国際学会