| 研究課題/領域番号 |
21H04526
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究分担者 |
三好 由純 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (10377781)
細川 敬祐 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80361830)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円)
2025年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
2022年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
2021年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
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| キーワード | 高エネルギー電子降下 / オーロラ / 観測ロケット / 放射線帯 / 脈動オーロラ / 高エネルギー電子の降りこみ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、オーロラ活動に伴う宇宙空間からの高エネルギー電子の深貫入によって、高度数十kmの中間圏のオゾンが破壊されるという新しい仮説を実証し、オーロラ活動とオゾン破壊との関係を定量的に明らかにすることを目的とする。この目的のために、北欧に新設される大型大気レーダーによる三次元電子密度計測を軸に、我が国の「あらせ」衛星による宇宙空間観測、地上からのオーロラ光学観測、観測ロケットによるオーロラ電子計測、そして宇宙空間と大気圏をつなぐシミュレーションによる統合研究を実施する。
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| 研究実績の概要 |
脈動オーロラは、数keVから数十keVのエネルギーを持つ電子が、宇宙空間から地球の超高層大気に向かって間欠的に降り込んでくることで発生すると考えられている。一方、脈動オーロラ発生時には、よりエネルギーの高い、準相対論的高エネルギー電子も同時に降り込んでいるというモデルが提案されている。私たちは米国 NASA の観測ロケット計画 LAMP に提案段階から参加し、高エネルギー電子観測器、オーロラカメラなどの観測機器パッケージ (PARM2) を開発・搭載した。LAMP は 2022年3月5日にアラスカ・ポーカーフラットから打ち上げられ、脈動オーロラ中の飛翔に成功した。そして脈動オーロラにともなって降りこむ準相対論的高エネルギー電子の検出にも成功した。
本研究では、LAMP計画をさらに進め、オーロラ活動に伴う宇宙空間からの高エネルギー電子の深貫入によって、高度数十kmの中間圏のオゾンが破壊されるという新しい仮説を実証し、オーロラ活動とオゾン破壊との関係を定量的に明らかにすることも目的としている。この目的のために、北欧に新設される大型大気レーダー (EISCAT_3D) による三次元電子密度計測を軸に、我が国の「あらせ」衛星による宇宙空間観測、地上からのオーロラ光学観測、観測ロケットによるオーロラ電子計測、そして宇宙空間と大気圏をつなぐシミュレーションによる統合研究を実施する。このため、米国側研究者と共同で米国 NASA に LAMP-2 観測ロケット計画の提案準備を行った。
また、LAMP-2 搭載用観測機器の開発を行い、高エネルギー電子観測器について制御電子回路部の設計・製作を行った。さらに、電子観測の際には磁場情報が必要となるため、磁場センサーを選定・購入し電子回路部の設計・製作を行った。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
4: 遅れている
理由
LAMP 観測ロケットは成功裏に打ちあがり、脈動オーロラ中で間欠的に降りこむ準相対論的高エネルギー電子の検出や脈動オーロラ発光に関連する電離層電流の検出に成功した。また、ロケット飛翔中には複数の地上光学観測点で高速オーロラ撮像を行っており、これらの観測結果も用い、オーロラ発光高度について水平方向の二次元構造を得ることに成功した。これらの成果は国際学術誌に投稿し、出版された。
LAMP-2 観測ロケット計画については、2023年11月応募締め切りの NASA 観測ロケット実験公募に応募したが、選定されなかった。このため、2024年11月締め切りの公募に再応募した。
また、LAMP-2 搭載観測器開発について、高エネルギー粒子観測器、オーロラカメラのセンサー部の開発を行った。高エネルギー粒子観測器については、粒子検出に用いる半導体検出器 (SSD) の信号増幅に用いるプリアンプ部、および増幅後の信号処理と観測器の制御を行う電子回路部を設計・製作した。オーロラカメラについてはレンズ、波長選択フィルタ、受光部 CCD を選定・購入した。そして、北欧の地上観測点に設置してオーロラの試験観測を行い、良好な結果を得た。なお、再応募に伴い米国と調整した結果、LAMP-2 の想定打ち上げは 2027年度冬季となっており、日本側機器の開発状況に問題はない。
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| 今後の研究の推進方策 |
脈動オーロラ、準相対論的電子の降りこみ、オゾン破壊の同時発生を観測的に実証することを目指し、LAMP-2 観測ロケット搭載に向けた観測機器開発を継続する。2025年度には NASA 観測ロケット計画公募の採択結果が開示される予定であり、採択された場合にはNASA 側と詳細な仕様調整、インターフェース調整を始め、機器設計にも随時反映する。万一不採択となった場合には、次回公募に応募すべく、準備を行う。
また、LAMP-2 計画では EISCAT_3D やオーロラ光学観測網などの地上支援観測も重要である。すでに設置済みの観測点に加え、打ち上げ期間にのみ臨時に設置する観測点も必要となる見込みである。これまで射場などを訪問し、現地研究者や射場関係者と設置場所や設置・運用方法、設置する観測器の仕様などの検討を行ってきたが、今後、検討を詳細化していく。特に EISCAT_3D はまもなく稼働を開始する予定であり、本格稼働に向けた準備が進められている。今後、ロケット飛翔領域の三次元電子密度計測するパルススキームの開発を行う。さらに、北欧で行ってきたオーロラ撮像を継続し、観測ロケット実験時の地上支援観測に供するとともに、「あらせ」衛星と地上観測機器との共同観測を実施する。
また、プラズマ波動と電子との相互作用を再現するシミュレーション（Saito et al., 2012）、その結果を入力する大気電離およびオーロラ発光計算（Ono, 1993）、および大気化学計算（Turunen et al., 2009）を結合した統合シミュレーションコードの開発を進める。
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