国際宇宙ステーションから宇宙飛行士がデジカメで撮影した画像のオーロラ研究への活用

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K20940
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 細川 敬祐 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80361830)
• 研究分担者: 野澤 悟徳 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (60212130) ; 津田 卓雄 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (90444421)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2024-03-31
• キーワード: オーロラ / 国際宇宙ステーション

研究実績の概要

ISS からデジタルカメラを用いて撮像されたオーロラを含む画像について，街明かりとの比較からカメラパラメータを決定し，地理座標上にマップする作業を行った．さらに，デジタルカメラの RGB チャンネルの発光強度比を用いて，オーロラ降下電子エネルギーを定性的に求めることに取り組んだ．特に，G チャンネルと B チャンネルの比を用いることで，脈動オーロラと呼ばれる発光強度が時間的に変動するオーロラについてエネルギー推定を行い，オーロラの増光時に，より高いエネルギーの電子が降下していることを示した．これらの成果については，Journal of Geophysical Research 誌に 2 編の論文として発表されている．これらの作業と並行して，ノルウェートロムソにおいて実施する予定の ISS に搭載されているものと同型のデジタルカメラによる地上実験を行うための観測システムの開発を行った．その過程では，機械学習を用いたオーロラの自動判定システムを構築し，オーロラが発生したときにのみ高時間分解能で観測を行う仕組みを実装することに成功した．このオーロラ自動判定システムは，Scientific Reports 誌に論文として発表され，プレスリリースを通じて，中日新聞などのメディアに取り上げられた．さらに，ISS に搭載されているものと同型のデジタルカメラによる地上実験を行うための観測システムの開発を行い，ノルウェートロムソにおいて欧州非干渉散乱レーダー（EISCAT）との同時観測を実施した．この観測によって得られたカラーデジタルカメラ画像と EISCAT レーダー，およびフォトメータによる観測を組み合わせることで，オーロラの色（RGB チャンネルの比率）からオーロラ降下電子のエネルギーを定量的に導出する手法を確立した．

研究成果

• [国際共同研究] Swedish Institute of Space Physics(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Swedish Institute of Space Physics
• [国際共同研究] University of Tromsoe(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: University of Tromsoe
• [雑誌論文] A Ground‐Based Instrument Suite for Integrated High‐Time Resolution Measurements of Pulsating Aurora With Arase (2023)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa K.、Oyama S.‐I.、Ogawa Y.、Miyoshi Y.、Kurita S.、Teramoto M.、Nozawa S.、Kawabata T.、Kawamura Y.、Tanaka Y.‐M.、Miyaoka H.、Kataoka R.、Shiokawa K.、Br?ndstr?m U.、Turunen E.、Raita T.、Johnsen M. G.、Hall C.、Hampton D.、Ebihara Y.、Kasahara Y.、Matsuda S.、Shinohara I.、Fujii R.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 128 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2023JA031527
• [雑誌論文] Space Plasma Physics: A Review (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsurutani Bruce T.、Zank Gary P.、Sterken Veerle J.、Shibata Kazunari、Nagai Tsugunobu、Mannucci Anthony J.、Malaspina David M.、Lakhina Gurbax S.、Kanekal Shrikanth G.、Hosokawa Keisuke、Horne Richard B.、Hajra Rajkumar、Glassmeier Karl-Heinz、Gaunt C. Trevor、Chen Peng-Fei、Akasofu Syun-Ichi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: 51 ページ: 1595～1655
  • DOI: 10.1109/TPS.2022.3208906
• [雑誌論文] An Implication of Detecting the Internal Modulation in a Pulsating Aurora: A Conjugate Observation by the Arase Satellite and All‐Sky Imagers (2023)
  • 著者名/発表者名: Nanjo S.、Ebukuro S.、Nakamura S.、Miyoshi Y.、Kurita S.、Oyama S.‐I.、Ogawa Y.、Keika K.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Matsuoka A.、Hori T.、Yokota S.、Matsuda S.、Shinohara I.、Wang S.‐Y.、Kazama Y.、Jun C.‐W.、Kitahara M.、Hosokawa K.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 128 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2023JA031499
• [雑誌論文] Correspondence of Pi2 Pulsations, Aurora Luminosity, and Plasma Flux Fluctuation Near a Substorm Brightening Aurora: Arase Observations (2023)
  • 著者名/発表者名: Chen L.、Shiokawa K.、Miyoshi Y.、Oyama S.、Jun C.‐W.、Ogawa Y.、Hosokawa K.、Kazama Y.、Wang S. Y.、Tam S. W. Y.、Chang T. F.、Wang B. J.、Asamura K.、Kasahara S.、Yokota S.、Hori T.、Keika K.、Kasaba Y.、Kumamoto A.、Tsuchiya F.、Shoji M.、Kasahara Y.、Matsuoka A.、Shinohara I.、Nakamura S.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 128 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2023JA031648
• [雑誌論文] Three-dimensional ionospheric conductivity associated with pulsating auroral patches: reconstruction from ground-based optical observations (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukizawa Mizuki、Tanaka Yoshimasa、Ogawa Yasunobu、Hosokawa Keisuke、Raita Tero、Kauristie Kirsti
  • 雑誌名: Annales Geophysicae 巻: 41 ページ: 511～528
  • DOI: 10.5194/angeo-41-511-2023
• [学会発表] 夜側で観測されたショックオーロラを構成する 3 種類の発光とその時空間発展 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南條壮汰, 山内正敏, Magnar G. Johnsen, 横山佳弘, Urban Branstrom, 細川敬祐
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会（SGEPSS）2023 年秋季年会
• [学会発表] Ring-shaped expanding pulsating aurora: simultaneous observations with Arase (2023)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa, K., S. Kurita, Y. Miyoshi, S.-I. Oyama, Y. Ogawa, M. Ozaki, Y. Kasahara, Y. Kasaba, S. Yagitani, S. Matsuda, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, I. Shinohara and R. Fujii
  • 学会等名: 35th URSI General Assembly and Scientific Symposium 2023
  • 国際学会
• [学会発表] An AI-based auroral observation using a wide angle digital camera mounted on a gimbal (2023)
  • 著者名/発表者名: Nanjo, S., U. Branstrom, T. T. Tsuda, T. Aoki, and K. Hosokawa
  • 学会等名: 47th Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Post-midnight にオーロラオーバルの極側で見られた STEVE のような発光の事例解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南條壮汰, G.A. Hofstra, 野澤悟徳, 塩川和夫, 川端哲也, 細川敬祐
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 (JpGU) 2023 年大会
• [学会発表] 広角レンズを装着したデジカメとジンバルを用いたオーロラの観測：BROR ロケット実験との同時観測を含めた観測例の紹介 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南條壮汰, U. Branstrom, T. Sergienko, 津田卓雄, 青木猛, 細川敬祐
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 (JpGU) 2023 年大会