雷放電による超高層大気の発光と電磁波放射過程の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10304036
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 福西 浩 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90099937)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村田 功 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (00291245) ; 高橋 幸弘 東北大学, 大学院・理学研究科, 講師 (50236329) ; 渡部 重十 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90271577) ; 長野 勇 金沢大学, 工学部, 教授 (50019775) ; 坂野井 健 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80271857)
• Keywords: スプライト / エルブス / 雷放電 / 中間圏 / 熱圏 / 北陸 / 冬季雷 / スペクトル

Research Abstract

スプライトやエルブスなどの中層・超高層大気の発光現象は、雷雲-地上間の雷放電に起因する準静電場や電磁波で加熱された電子が大気分子・原子に衝突・励起することで発生すると推測されている。スプライト及びエルブスの発光は、窒素分子とイオンの各バンドによる発光が支配的であると考えられているが、それらの励起エネルギーの違いを利用して、分子・原子に衝突する電子のエネルギー分布の推定が可能である。本研究では、1998年と1999年の7月-8月に米国コロラド州で実施されたSPRITES'98観測及び99観測キャンペーンにおいて、2台のマルチアノードアレイフォトメータを用いたスペクトル観測を実施した。1台には主にN2 1st PositiveとN2+Meinelを計測する赤色フィルター(560nm以上を透過)を、もう1台には主にN2 2nd PositiveとN2+1Negativeを計測する青色フィルター(350-450nmを透過)を装着した。観測キャンペーン期間中に、スプライトとエルブスについて多数のスペクトルデータが得られた。解析の結果、スプライト、エルブスとも初期発光では著しく電子エネルギーが高く、スプライトでは温度にして0.1eVから10eV、エルブスでは最高40eVという高エネルギーまで達していることが明らかになった。このことは発光領域で激しい電離の起きていることを示唆する。また、昨年度に引き続き日本における冬季雷の観測を実施したが、本年度は太平洋上でスプライトが発生していることを初めて確認した。これは、スプライトが北陸冬季雷のような特別大規模な放電でない冬期の雷でも、十分発光を引き起こすことが可能であることを示している。

Research Products

• [Publications] H.Fukunishi et al.: "Occurrences of sprites and elves above the Sea of Japan near Hokuriku in winter"E O S Transactions. 80. F217 (1999)
• [Publications] A.Uchida et al.: "Energies of electrons for inducing elves estimated from N2 1P/2P ratio observation"E O S Transactions. 80. F225 (1999)
• [Publications] W.A.Lyons et al.: "Sprites'99 campaign highligghts at Yucca Ridge Field Station"E O S Transactions. 80. F216 (1999)