脈動オーロラに関する波動－粒子相互作用と電流構造の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20J11829
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 吹澤 瑞貴 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2020-04-24 – 2022-03-31
• キーワード: 脈動オーロラ / 電離圏 / コンピュータトモグラフィ / 磁気圏-電離圏結合

研究実績の概要

当該年度の研究では、逆問題解析手法 Aurora Computed Tomography (ACT) を用いて、多点オーロラ画像から、降下電子の2次元分布と脈動オーロラ発光強度3次元分布の復元を行った。ACT法は、ベイズモデルに基づき、観測データが得られたときに降下電子フラックスが得られる事後確率を最大化することでオーロラ画像から降下電子フラックスを再構成する。従来から提案されていた手法では、この事後確率を最大化するための最小化関数が、観測画像と擬似画像の残差自乗和の項と降下電子フラックスのエネルギー・空間方向の2階微分の項の和で表されていた。本研究では、各項の重みとして新たなパラメータを追加した。また、3台のカメラの相対感度を補正するパラメータも追加した。そして、それらのパラメータを交差検証法により推定した。また、ACT法を行う前に、背景で発光している一様なオーロラ発光を差し引くことで、画像の信号対雑音比を向上させた。その結果、地上３地点で観測された単一波長 (427.8 nm) のオーロラ画像から降下電子フラックスの全エネルギーと特性エネルギーの水平分布の再構成に成功した。そして、モデルオーロラや電離圏電子密度の観測データを用いた検証の結果、十分な精度で再構成が行われていることが確認された。
本研究により、衛星やロケットでは直接観測することが困難な脈動オーロラ中の降下電子の２次元分布やオーロラ発光強度の３次元分布を、地上多地点に設置されたカメラにより取得された観測画像から十分な精度で再構成することができることが確かめられた。今後は、2023年から観測を開始するEISCAT_3Dレーダーによって取得された電離圏3次元観測データと組み合わせて、脈動オーロラに関する電流3次元構造を再構成し、磁気圏-電離圏結合過程の理解に貢献することが期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Statistical Study of Electron Density Enhancements in the Ionospheric F Region Associated With Pulsating Auroras (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Fukizawa, T. Sakanoi, Y. Ogawa, T. T. Tsuda, K. Hosokawa
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 ページ: －
  • DOI: 10.1029/2021JA029601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Statistical study of approaching strong diffusion of low-energy electrons by chorus and ECH waves based on in situ observations (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Fukizawa, T. Sakanoi, Y. Miyoshi, Y. Kazama, Y. Katoh, Y. Kasahara, S. Matsuda, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, A. Matsuoka, S. Kurita, S. Nakamura, M. Shoji, M. Teramoto, S. Imajo, I. Shinohara, S.-Y. Wang, S. W.-Y. Tam, T.-F. Chang, B.-J. Wang, C.-W. Jun
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 127 ページ: －
  • DOI: 10.1029/2022JA030269
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Reconstruction of the three-dimensional structure and precipitating electrons of pulsating auroral patches by Aurora Computed Tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: 吹澤 瑞貴、坂野井 健、田中 良昌、小川 泰信、Gustavsson Bjorn、Kauristie Kirsti、Enell Carl-Fredrik、Kozlovsky Alexander、Raita Tero、Brandstrom Urban、Sergienko Tima
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [学会発表] Reconstruction of the three-dimensional structure and precipitating electrons of pulsating auroras by Aurora Computed Tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: 吹澤 瑞貴、坂野井 健、田中 良昌、小川 泰信、Gustavsson Bjorn、Kauristie Kirsti、Enell Carl-Fredrik、Kozlovsky Alexander、Raita Tero、Brandstrom Urban、Sergienko Tima
  • 学会等名: 第150回地球電磁気・地球惑星圏学会総会・講演会
• [学会発表] Pitch Angle Scattering by Electrostatic Electron Cyclotron Harmonic Waves Based on Arase Observations (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Fukizawa, T. Sakanoi, Y. Miyoshi, Y. Kazama, Y. Kasahara, S. Matsuda, A. Matsuoka, S-Y. Wang, S. W-Y. Tam
  • 学会等名: URSI GASS 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstruction of the three-dimensional structure and precipitating electrons of pulsating auroras by Aurora Computed Tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Fukizawa, Takeshi Sakanoi, Yoshimasa Tanaka, Yasunobu Ogawa, Bjorn Gustavsson, Kirsti Kauristie, Carl-Fredrik Enell, Alexander Kozlovsky, Tero Raita, Urban Brandstrom, Tima Sergienko
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2021
  • 国際学会