| 研究課題/領域番号 |
15K05305
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| 研究機関 | 国立極地研究所 |
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研究代表者 |
佐藤 夏雄 国立極地研究所, 名誉教授 (50132709)
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| 研究期間 (年度) |
2015-10-21 – 2020-03-31
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| キーワード | オーロラアーク / オーロラ脈動 / 脈動オーロラ / 全天カメラ / Pc5地磁気脈動 / 磁力線共鳴 / THEMIS衛星 / DMSP衛星 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は脈動オーロラの基本的な特性である、準周期的な強度変調と特有な形状の生成要因を解き明かすことを目標としている。この目的を達成するために、脈動オーロラをタイプに分けて精査・比較する手法を用いる。タイプ別けをする理由は、同じ脈動オーロラであっても、その生成の物理機構が異なっていることが予測されるからである。
本研究の具体的な進め方として、平成27年度～平成28年度は、北米大陸の地上からの全天カメラ網で観測されたギリシャ文字のオメガ(Ω)に似た形状をしたオメガバンドオーロラの発生特性のダイナミクスと統計特性に注目して解析を行った。このオーロラの内部には強い脈動オーロラが含まれている。オメガバンドオーロラは形状の違いからを3つのタイプに分けることができ、その発生頻度を統計的に明らかにできた。また、発生から消滅までの形状や強度変動などのダイナミクスも明らかにできた。
平成29年度以降の研究は、真夜中過ぎに観測される、東西方向に伸びたオーロラアークが2分～10分程度の周期で極方向に伝搬を繰り返すPc5オーロラアーク脈動に注目して研究を行っている。このオーロラは、周期が10秒前後で明滅を繰り返す、脈動オーロラのすぐ高緯度側で発生する。発生領域全体が赤道方向に移動すると周期は短くなる。これらの特性は磁力線共鳴を示唆している。地上と衛星との同時観測から、Pc5オーロラ脈動現象の基本特性の理解が得られつつある。発生機構は複雑で、磁気圏内で起こった磁力線共鳴の電磁波動により直接的に引き起こされる1対1の対応ではなく、「何か他の作用」によりオーロラ粒子が降下していることを示唆している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
真夜中過ぎに観測される、東西方向に延びたオーロラアークが3～6分の周期で輝度変動しながら極方向へ伝搬を繰り返す、Pc5 poleward moving auroral arc (PMAA) 脈動現象に注目して研究を進めて来た。カナダやアラスカなど北米大陸に配備されている全天カメラ網データを用いてイベントを抽出し、オーロラの基本特性を明らかにしてきた。5年間分のデータを用いての統計的な特性として、磁気地方時の03時付近で発生が最大となり、太陽風速度が600-700 km/sの高速時に最も多く観測されることが明らかになった。オーロラの形状は東西方向には2~3千キロメータと長く、南北方向には10~30キロメータ程度と狭い。繰り返し周期はオーロラ発生域が低緯度側に移動すると周期も短くなる。また、3機編隊のTHEMIS衛星とオーロラとの同時観測イベントから、磁気圏赤道面付近での磁力線共鳴の様相とオーロラ脈動との関係を明らかにすることができた。主な結果として、地上で観測されたPc5 PMAA脈動現象は磁気赤道面付近で観測された磁力線共鳴振動の発生に伴って励起されていた。電子フラックスや電子密度も磁力線共鳴に伴って変調していた。また、沿磁力線電流も磁力線共鳴に伴って発生している様相を示す証拠も得られた。しかし、磁力線共鳴振動の周期がPc5 PMAA脈動の周期よりも20％ほど長周期であり、磁力線共鳴振動の励起がPc5 PMAA脈動発生よりも3-4分ほど速く、単純な一対一に対応していない特性も明らかになった。この原因については未解決であり、今後の研究課題である。これまでに得られた成果は学会やシンポジウム等で口頭発表し、学会誌へも投稿した。
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| 今後の研究の推進方策 |
この現象の最も本質的な未解決課題は、オーロラ電子を周期的に降下されせる生成機構である。地上で観測されたPc5 PMAA脈動現象は磁気赤道面付近で観測された磁力線共鳴振動の発生に伴って励起されていた。また、沿磁力線電流も磁力線共鳴に伴って発生している様相を示す証拠も得られた。しかし、磁力線共鳴振動の周期がPc5 PMAA脈動の周期よりも長周期であり、かつ、磁力線共鳴振動の励起がPc5 PMAA脈動発生よりも3-4分ほど先行しており、単純に一対一に対応していない特性を有する。このことから、「何か他の作用」によりオーロラ粒子が降下していることを示唆している。
オーロラ粒子を降下させるモデルとして、以下の2通りが考えられる。第一のモデルは磁場の圧縮性振動による波動粒子相互作用による高エネルギー電子のピッチ角散乱である。赤道面付近で起こると考えられている。第二のモデルは、沿磁力線方向の電場によりオーロラ電子を加速するものであり、高度が数千キロから1万キロメートル付近である。
どちらの成因で起こされているかを観測事実から確かめたい。その方法の１つとして、高度700km付近の軌道であるDMSP衛星で観測される降下電子フラックスの分布特性観測がある。このデータから、オーロラが磁力線方向の加速電場でおこされているのか、あるいは、波動粒子相互作用で発生しているかを比較的容易に判定できる。
このPc5 PMAA脈動オーロラとDMSP衛星との同時観イベントは、これまでに数例見つけている。その中でも、衛星が飛行中に、波動粒子相互作用で電子が降下している特性と同時に、すぐ高緯度側では磁力線に沿う電場で電子が加速された特性を示す、興味深い新たなイベントを見つけることができた。このイベントに注目して解析研究を進める。その研究成果を学会やシンポジウムで発表する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
1. 生じた理由
研究成果の論文は投稿中であるが、今年度中に出版することが出来なかった。また、今年度後半に実施した観測の中で、本研究に関係する新たな知見を得ることができた。現在研究成果をまとめた論文を執筆中である。この新たな知見を論文に加える必要が生じたことと、その成果を来年度の学会やシンポジウムで発表するため、研究期間を延長し、その必要経費を確保した。
2. 次年度使用計画
今年度の後半に新たな興味深い観測事実が見つかった。この新しい観測事実のとりまとめを推進し、学会・シンポジウム等で発表するとともに学会誌等に論文として発表する。
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