エックス線および核ガンマ線観測による雷電場での粒子加速メカニズムの解明

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19740167
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 土屋 晴文 独立行政法人理化学研究所, 牧島宇宙放射線研究室, 基礎科学特別研究員 (70415230)
• 研究協力者: 榎戸 輝揚 東京大学東京大学, 大学院・理学系研究科・日本学術振興会, 特別研究員(DC1) ; 加藤 博 独立行政法人理化学研究所, 牧島宇宙放射線研究室, 先任技師
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 粒子加速 / 雷 / 雷雲 / ガンマ線 / 放射線観測

研究概要

近年、雷にともないガンマ線が観測されていた。これは雷や雷雲がもつ電場で電子が加速されていることを示唆する。そして、このガンマ線を測れば、宇宙でもなぞが多い電場加速を、宇宙を見るよりも圧倒的に安い費用で、かつ詳細に検証できるという新たな着想を得た。そこで、2006年から、世界でも稀な冬の雷が頻発する日本海沿岸や北アルプスの乗鞍岳で観測を行ってきた。その結果、雷雲から10 MeVに達するガンマ線を8例捉え、身近な雷雲が天然の粒子加速器であることを証明した。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of an energetic radiation burst from mountain-top thunderclouds (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Tsuchiya, T. Enoto, T. Torii, K. Nakazawa, T. Yuasa, S. Torii, T. Fukuyama, T. Yamaguchi, H. Kato, M. Okano, M. Takita, K. Makishima
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 102 ページ: 255003
  • 査読あり
• [雑誌論文] 雷雲γ線の生成と粒子加速 (2008)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文, 榎戸輝揚
  • 雑誌名: プラズマ核融合学会誌 84 ページ: 410-416
• [雑誌論文] 榎戸輝揚, 土屋晴文 (2008)
  • 著者名/発表者名: 雷雲は粒子加速器か?
  • 雑誌名: 天文月報 11 ページ: 667-676
• [雑誌論文] Detection of High-Energy Gamma Rays from Winter Thunderclouds (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Tsuchiya, T. Enoto, S. Yamada, T. Yuasa, M. Kawaharada, T. Kitaguchi, M. Kokubun, H, Kato, M. Okano, S. Nakamura, K. Makishima
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 99 ページ: 165002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of gamma rays from winter thunderclouds along the coast of Japan Sea (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Enoto, H. Tsuchiya, K. Makishima, et al.
  • 雑誌名: Proc. 30th Int. Cosmic Ray Conf.
• [学会発表] 雷や雷雲からのγ線と宇宙線との関わり (2009)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文
  • 学会等名: 理研シンポジウム「雷活動に関わる高エネルギー物理現象の新しい展開
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2009-10-09
• [学会発表] 2008年度における冬季雷活動からの高エネルギー放射線の観測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文, 榎戸輝揚, 他(10人中1番目)
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 甲南大学
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] 雷や雷雲に付随する高エネルギー放射線バーストの測定 (2009)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文, 榎戸輝揚, 他(13人中1番目)
  • 学会等名: 第46回アイソトープ・放射線研究発表会
  • 発表場所: 日本科学未来館
  • 年月日: 2009-07-03
• [学会発表] High-altitude observations of high-energy gamma rays and electrons from thunder activity (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Tsuchiya, T. Enoto, T., et al., (12人中1番目)
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2009
  • 発表場所: Makuhari
  • 年月日: 2009-05-18
• [学会発表] Observations of energetic radiation bursts from thunder activities, European Geophysical Union (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Tsuchiya, T. Enoto, et al., (10人中1番目)
  • 学会等名: General Assembly 2009
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2009-04-23
• [学会発表] 高山における雷雲からの高エネルギー放射線の観測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文, 榎戸輝揚, 他(11人中1番目)
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Energetic radiation bursts associated with terrestrial thunder activity (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Tsuchiya
  • 学会等名: International Workshop on Variabilities of Solar-Cosmic and Terrestrial Environment
  • 発表場所: JAMSTEC
  • 年月日: 2008-12-05
• [学会発表] 2007年中における冬季雷雲からのガンマ線観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文, 榎戸輝揚, 他(11人中1番目)
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] Recent progresses in research of non-thermal processes in lightning and thunderclouds (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Tsuchiya
  • 学会等名: International Congress on Plasma Physics 2008
  • 発表場所: Fukuoka International Congress Center
  • 年月日: 2008-09-09
• [学会発表] 日本海側の冬季に発生する雷雲からの高エネルギーガンマ線の観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文, 榎戸輝揚, 他(11人中1番目)
  • 学会等名: 平成20年度電気学会基礎・材料・共通部門大会
  • 発表場所: 千葉工大
  • 年月日: 2008-08-21
• [学会発表] Observations of high-energy gamma rays from winter thunderclouds on the Japan Sea (1) (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Tsuchiya, T, Enoto, et al., (11人中1番目)
  • 学会等名: 日本地球惑星連合大会2008
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2008-05-30
• [学会発表] Observations of non-thermal gamma-ray emission from winter thunderclouds (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Tsuchiya, T. Enoto, et al., (11人中1番目)
  • 学会等名: American Geophysical Union 2007 Fall Metteing
  • 発表場所: San Francisco
  • 年月日: 2007-12-14
• [学会発表] 日本海の冬の雷雲に付随したX線およびガンマ線の観測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文, 榎戸輝揚, 他(11人中1番目)
  • 学会等名: 日本物理学会第62会年次大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-24
• [学会発表] 日本海側の冬季雷雲活動に由来した高エネルギーガンマ線の観測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文, 榎戸輝揚, 他(11人中1番目)
  • 学会等名: 日本大気電気学会第77回研究発表会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2007-07-20
• [学会発表] 日本海側の冬季雷雲に伴うX線/γ線の観測(2) (2007)
  • 著者名/発表者名: 土屋晴文, 榎戸輝揚, 他(11人中1番目)
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2007
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2007-05-24
• [備考] 授賞
  • URL: http://cosmic.riken.jp/harufumi/
• [備考] 平成21年度(独)理化学研究所研究奨励賞「雷雲からのガンマ線放射の検出と粒子加速の実験的検証」