太陽風変動に伴う擾乱の極域から赤道域への侵入・輸送過程の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08041105
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 湯元 清文 九州大学, 理学部, 教授 (20125686)
• 研究分担者: 野崎 憲朗 郵政省, 通信総合研究所, 課長 ; 菊池 崇 郵政省, 通信総合研究所, 主任研究官 ; 瀬戸 正弘 東北工業大学, 通信工学科, 教授 (60085412) ; 北村 保夫 東北工業大学, 通信工学科, 助手 (90085423) ; 田中 義人 山口大学, 教育学部, 教授 (30023675) ; 高橋 忠利 群馬大学, 教育学部, 教授 (80004406) ; 西野 正徳 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 講師 (70023679) ; 高橋 主衛 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教授 (70252294) ; 桜井 亨 東海大学, 工学部, 教授 (00004416) ; 利根川 豊 東海大学, 工学部, 助教授 (80188763) ; 塩川 和夫 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助手 (80226092) ; 歌田 久司 東京大学, 地震研究所, 助教授 (70134632) ; 浜野 洋三 東京大学, 理学系研究科, 教授 (90011709) ; 林 幹治 東京大学, 理学系研究科, 助教授 (60011730) ; 茂木 透 九州大学, 工学部, 助手 (80182161) ; 糸長 雅弘 九州大学, 工学部, 講師 (60213104) ; 中田 正夫 九州大学, 理学部, 教授 (50207817) ; 吉川 顕正 九州大学, 理学部, 講師 (70284479) ; AKASOFU S.ーI アラスカ大学, 地球物理研究所, 所長 ; 立原 裕司 九州大学, 理学部, 助手 (00227092) ; 坂 翁介 九州大学, 理学部, 助教授 (80108638) ; MANURUNG M.L インドネシア航空宇宙局, バンドン所長 ; YEBOAHーAMANK ディー パプアニューギニア大学, 物理学科, 教授 ; TRIVEDI N. ブラジル宇宙科学研究所, 部長 ; VERSHININ E. カムチャッカ宇宙科学研究所, 所長 ; 巻田 和男 拓殖大学, 工学部, 教授 (40129945) ; 宗像 一起 信州大学, 理学部, 助教授 (40221618) ; FRASER B.J. ニューキャッスル大学, 物理学科, 教授 ; LYNN K. アデレード防衛研究センター, 研究室長 ; SOLOVYEV S.I ヤクーツク宇宙電波研究所, 部長 ; 岡野 章一 国立極地研究所, 研究系, 教授 (10004483)
• キーワード: 太陽風変動 / 極域擾乱 / 赤道域 / 侵入・輸送過程 / 210度観測網 / 赤道域観測網 / グローバル観測 / 国際共同観測

研究概要

これまで、多くの研究者は、高緯度の顕著な地球電磁気現象や、地球磁気圏への流入口での太陽風変動エネルギーやプラズマ変動を反映しているオーロラ現象に注目した研究を主に進めてきた。これに対し、STEP国際事業期間に実施された先の学術調査における、中緯度から赤道域までの変動電磁場やプラズマ波動のグローバルな同時観測や工学観測から、予想以上に太陽風の擾乱エネルギーが昼間側磁気圏境界や夜側から内部磁気圏まで侵入し、汎世界的規模の電磁場の変動や高エネルギー粒子の侵入・変動を引きおこしていることが近年新たに明らかにされ、緊急の研究課題になってきている。一方、昼側の赤道域は、電離層の電気伝導度が異常に大きく、赤道ジエット電流が流れたり、太陽風エネルギーが集積する領域である。最近、オーロラジェット電流と赤道ジェット電流が非常に良い相関を示すことが発見され、その流入ルートを反映する変動電磁場の発生メカニズムが世界的に注目されている。
そこで、日・豪、日・米の磁気共役点を含む210度磁気子午線沿いの多点と北米(カナダ、アメリカ)、南米(ブラジル、ペル-)、西太平洋域の経度の隔った赤道域の多点とを組織的に組み合わせた観測網を用い、極域や衛星観測のみでは捉えられなかった地球規模の空間的なエネルギー輸送の広がりや時間発展を分離することによって、特に、磁気嵐や磁気圏嵐を引き起こすような太陽風の変動電磁場に呼応した磁気圏全体の応答の仕組みや、発生する擾乱・波動と高エネルギー粒子の極域から赤道域までの3次元的な流入・輸送・変換過程を明らかにすることが本研究の目的であった.
平成8年度の調査研究は以下の様に計画的に実施された。
(1)210度磁気子午線沿いのオーロラ帯に位置する極東の北極海、アラスカ地区での電磁場擾乱の観測と磁気赤道域に近いフィリピン、グアム、ヤップ、コロールでの電磁場並びに電離層擾乱の観測調査に、新たに、極域(カナダ)や南米(ペル-、ブラジル)での電磁場観測を加えた極域と赤道域との同時観測研究のための予備調査を重点的に実施し、ブラジルのサンタマリア大学、INPE研究所やペル-のIGP研究所との共同観測研究が次年度から開始されるようになった。
(2)特に、極域のロシア、アラスカと太平洋域(ヤップ、コロール、クリスルス島)や南米(ペル-、ブラジル)の磁気赤道域の観測調査と研究については、研究代表者と分担者が現地に赴き、現地代表者と綿密な打ち合わせを行った後、磁力計、オーロラ観測機器等の点検を行い電磁気的な総合観測のための予備調査を実施した。
(3)極域(カナダ)での電磁気擾乱の観測については、これまで東京大学が中心に実施しているネットワーク観測網の磁力計、オーロラ観測機器等の点検・再設置を行うことにより、共同の同時観測研究を再開できた。
(4)また、極域から赤道域までの侵入・輸送過程を調べるために太平洋域の中・低緯度に位置する韓国、ホノルル、パプアニューギニア、ポナペ、インドネシア、オーストラリア(8観測点)での地磁気観測装置を点検、再設置を行い、同時観測を再会した。
(5)本研究に関わる地磁気・オーロラ・衛星等のデータを効率よく収集するために、平成8年7月にオーストラリアで開催された西太平洋域地球物理国際会議に研究代表者と分担者を派遣した。特に、ISTP計画による人工衛星や本研究以外の海外での地上観測網との組織的な共同観測を行うための打ち合わせや、データ収集・交換を積極的に行い、グローバルな擾乱の侵入・輸送過程の共同解析研究をすすめることができた。
以上の予備観測、データ収集、比較研究から極冠域と昼側磁気赤道で観測される擾乱やULF波動について、以下のような新しい知見が得られた。
(1)夕方側の極域で観測される1時間から数10分のDP2型の磁場変動だけでなくPc5-3帯のULF波動までも、昼側の磁気赤道域で相関良く同期して観測されることが明らかになった。各々の変動の緯度方向の振幅分布が異なることから、各々の変動の空間スケールの違いを示唆しているものと思われるが、極冠域の変動電場が昼側磁気赤道域までどのように伝播しているのかその機構についての手掛かりを得ることができた。
(2)特に、地方時9時から12時の間に高緯度から低緯度域で発生しているPc3地磁気脈動のD(東西)成分は、赤道域のH(南北)成分と同期した振動を示しており、ULF帯の太陽風領域から磁気赤道電離層までの新しい伝播機構を理論的に構築しなければならないことが判明した。
次年度はこれらの観測成果を更に探究する予定である。

研究成果

• [文献書誌] Yumoto,K.,and the 210o MM Magnetic Observation Group: "The STEP 210o magnetic meridian network project" J.Geomag,Geoelectr.48. 1297-1309 (1996)
• [文献書誌] Yumoto,K.,H.Matsuoka,H.Osaki,K.Shiokawa,Y.Tanaka,T.-I.Kitamura,H.Tachihara,M.Shinohara,S.I.Solovyev,E.F.Vershinin,S.L.Manurung,B.J.Fraser,K.J.W.Lynn,S.-I.Akasofu et.al.: "North/south asymmetry of sc/si magnetic variations observed along the 210o magnetic meridian" J.Geomag.Geoelectr.48. 1333-1340 (1996)
• [文献書誌] Angelopoulos,V.,G.D.Reeves,R.D.Belian,N.Sato,E.Friis-Christensen,P.R.Sutcliffe,K.Yumoto,et.al.: "Multipoint analysis of a bursty bulk flow event on April 11,1985" J.Geomag.Geoelectr.48. 1333-1340 (1996)
• [文献書誌] Hayakawa,M.,R.Kawate,O.A.Molchanov,and K.Yumoto: "Results of ultra-low-frequency magnetic field measurements during the Guam earthquake of 8 August 1993" Geophys.Res.Lett.23. 241-244 (1996)
• [文献書誌] Kawano,H.,A.Nishida,Y.Saito,S.Machida,K.Yumoto,H.Matsumoto,and T.Murata,et.al.: "A quasi-stagnant plasmoid observed with Geotail on October 15,1993" J.Geomag.Geoelectr.48. 525-539 (1996)
• [文献書誌] Kokubun,S.,L.A.Frank,K.Hayashi,Y.Kamide,R.P.Lepping,T.Mukai,R.Nakamura,W.R.Paterson,T.Yamamoto,and K.Yumoto: "Large field events in the distant magnetotail during magnetic storms" J.Geomag.Geoelectr.48. 561-576 (1996)
• [文献書誌] Nakamura,R.,S.Kokubun,Y.Kamide,K.Yumoto,T.Yamamoto,L.A.Frank,W.R.Paterson,E.Friis-Christensen,K.Hayashi,T.Iyemori,H.Huhr,and O.A.Troshichev: "Magnetosheath observations near the center of magnetotail during a weak geomagnetic storm on January 25 1993" J.Geomag.Geoelectr.48. 577-588 (1996)
• [文献書誌] Osaki,H.,K.Yumoto,K.Fukao,K.Shiokawa,F.W.Mank,B.J.Fraser,and the 210o MM Magnetic Observation Group: "Characteristics of low-latitude Pi 2 pulsations along the 210o magnetic meridian" J.Geomag.Geoelectr.48. 1421-1430 (1996)
• [文献書誌] Petrinec.S.M.,K.Yumoto,H.Luhr,D.Orr,D.Miling,K.Hayashi,S.Kokubun,and T.Araki: "The CME event of February 21,1994 : Response of the magnetic field at the Earth's surface" J.Geomag.Geoelectr.48. 1341-1380 (1996)
• [文献書誌] Pilipenko,V.A.,N.G.,Kleimenova,O.V.Kozyreva,K.Yumoto,and J.Bitterli: "Is Cusp the source of mid-latitude Pc 3pulsations?" Geomag.and Aeronomy. 36. 39-48 (1996)
• [文献書誌] Shiokawa,K.,K.Yumoto,N.Nishitani,K.Hayashi,T.Oguti,D.J.McEwen,Y.Kiyama,F.J.Rich,and T.Mukai: "Quasi-periodic poleward motions of Sun-aligned auroral arcs in the high latitude morning sector-A case study" J.Geophys.Res.101. 19,789-19,800 (1996)
• [文献書誌] Shiokawa,K.,K.Yumoto,C.-I.Meng and G.Reeves: "Broadband electrons observed by the DMSP satellites during storm-time substorms" Geophys.Res.Lett.23. 2529-2532 (1996)
• [文献書誌] Shiokawa,K.,K.Yumoto,Y.Tanaka,H.Osaki,M.Sato,T.Kato,Y.Kato,M.Sera,Y.Ikegami,S.-I.Akasofu,K.Hayashi,T.Oguti,and Y.Kiyama: "Auroral observations using automatic optical instruments : Relations with multiple Pi 2magnetic pulsations." J.Geomag.Geoelectr.48. 1407-1420 (1996)
• [文献書誌] Solovyev,S.,K.Yumoto,D.Baishev,and N.Molochushkin: "On a reason of excitation and formation of a spectrum high-latitude Pi 2 geomagnetic pulsations during pseudobreakups and multiple onsets of substorms" Geomag.and Aeronomy. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] Seto,M.,K.Yumoto,Y.Kitamura and the 210 MM Magnetic Observation Group: "Induction arrows computed for the 210 MM magnetic observation stations" Mem.of Fact.sci.,Kyushu Unv.29. 145-157 (1996)
• [文献書誌] Itonaga,M.,A.Yoshikawa,and K.Yumoto: "One-dimensional transient response of the inner magnetosphere at the magnetic equator,1.Transfer function and poles" J.Geomag.Geoelectr.49(印刷中). (1997)
• [文献書誌] Itonaga,M.,A.Yoshikawa,and K.Yumoto: "One-dimensional transient response of the innermagnetosphere at the magnetic equator,2.Analysis of waveforms" J.Geomag.Geoelectr.49(印刷中). (1997)
• [文献書誌] Shinohara,M.,K.Yumoto,N.Hosen,A.Yoshikawa,H.Tachihara,O.Saka,T.-I.Kitamura,N.B.Trivedi and J.M.Costa: "Wave characteristics of geomagnetic pulsations across the dip equator" Geophys.Res.Lett.(投稿中). (1997)
• [文献書誌] H.Tachihara,M.Shinohara,M.Shimoizumi,O.Saka,and T.Kitamura: "Magnetometer System for Studies of the Equatorial Electrojet and Micropulsations in Equatorial Regions" J.Geomag.Geoelectr.48. 1311-1320 (1996)
• [文献書誌] H.Tachihara,T.Uozumi,H.Akaki,O.Saka,and T.Kitamura: "Use of Flash Memory Card for Long-Term Geomagnetic Data Recording" J.Geomag.Geoelectr.48. 1327-1332 (1996)
• [文献書誌] O.Saka,O.Watanabe,H.Tachihara,et.al.: "A Comparison of the Occurrence of Very-low-latitude Pi 2 Pulsations with Magnetic-field and Energetic-particle Flux Variations (30-300 keV) at Geosynchronous Altitudes" J.Geomag.Geoelectr.49(印刷中). (1997)
• [文献書誌] O.Saka,H.Akaki,O.Watanabe,and D.N.Baker: "Ground-satellite correlation of low-latitude Pi 2 pulsations : A quasi-periodic field line oscillation in the magnetosphere" J.Geophys.Res.101. 15433-15436 (1996)
• [文献書誌] A.Yoshikawa and M.Itonaga: "Reflection of shear Alfven waves at the ionosphere and the divergent Hall Current" Geophys.Res.Lett.23. 101-104 (1996)
• [文献書誌] M.Shinohara,K.Yumoto,A.Yoshikawa and O.Saka: "Wave characteristics of dayside and nightside Pi2 pulsations at the equatorial and low latitudes" Geophys.Res.Lett.(投稿中). (1997)