マイクロサテライト・地上観測連携による高々度放電発光と地球ガンマ線現象の解明

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19002002
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 高橋 幸弘 Hokkaido University, 大学院・理学研究院, 教授 (50236329)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 和哉 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00191578) ; 坂本 祐二 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (50431523) ; 坂野井 健 東北大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (80271857) ; 村田 功 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 准教授 (00291245) ; 藤原 均 東北大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (50298741)
• Keywords: TLE / スプライト / 地球ガンマ線 / TGF / 大学衛星 / 超小型衛星 / 雷放電 / 地上観測

Research Abstract

本研究課題では、3つのテーマ:1) 高々度発光現象(TLE)のメカニズムの解明、2) 地球ガンマ線(TGF)のメカニズムの解明、3) グローバルな雷放電活動とそれらの大気及び電離圏・磁気圏への影響の定量的理解、を達成するために、A) マイクロサテライトの開発・製作・打上、および得られたデータの解析、B) ローカルな地上観測キャンペーンと永続的地上モニタリング観測の実施、C) 統合的なデータ解析とメカニズム解明のためのシミュレーションを柱とした研究計画を実施している。21年度は途中より特推としての活動を縮小、終了したが、以下の成果を得ている。
A) 衛星(雷神)は20年度2月初めに通信障害を発生したが、21年度はスタンフォード大学の協力を得たコマンド送信実験と地上再現実験を行いほぼ原因を究明した。近い将来復活の可能性はあるものの、当面は状態監視と搬送波を使った電離圏擾乱モニター観測を継続している。
B) アジアVLF観測網の拠点としてタイへの機器設置を完了し(途中から別財源に移行)、また観測網の初期観測から雷放電によるアジア地域での新電離圏擾乱現象を発見した。ELF世界観測網を維持し、大気電場観測を整備した。
C) ELF観測網による位置評定の新手法を開発し、精度を大幅に向上することに成功し、データベースを構築するとともに落雷世界分布図を初めて作成した。この手法に基づき、落雷規模別に世界年間平均落雷頻度を初めて推定した。さらに、TGF発生頻度及びスプライト光度の、落雷規模依存性を示すことに成功にした。これらの成果の多くは一流国際誌に受理または査読最終段階にある。雷放電活動及び雲量と太陽活動についての解析・考察をすすめ、成果の一部は一流国際誌に掲載された。こうした電磁波及び光学落雷データの大気科学モデルへの応用を多角的に調査し、利用方針を定めた。

Research Products

• [Journal Article] SPRITE-SAT : a Micro Satellite for Scientific Observation of Transient Luminous Events and Terrestrial Gamma-ray Flashes (2010)
  • Author(s): Kazuya Yoshida, Yukihiro Takahashi, Yuji Sakamoto, Eriko Ujiie, Kei Takiuchi, Yasuhiro Nakazato, Tomoki Sawakami, Takeshi Sakanoi, Yasumasa Kasaba, Satoshi Kondo, Kozo Yamashita, Shinya Ueda, Takeshi Takashima, Kazuhiro Nakazawa, Takefumi Mitani, Teruaki Enoto, Mitsuteru Sato, Umran Inan, Ivan Linscott, Fredrik Bruhn, Yoshinari Masumoto
  • Journal Title: Transactions of JSASS, Space Technology Japan Vol.8(掲載決定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pre-Flight Analysis, Test Evaluation and Flight Verification of the Thermal System of Tohoku University SPRITE-SAT (2010)
  • Author(s): Yuji Sakamoto, Yasuhiro Nakazato, Tomoki Sawakami, Kazuya Yoshida, Yukihiro Takahashi
  • Journal Title: Transactions of JSASS, Space Technology Japan Vol.8(掲載決定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development and Flight Data Analysis of the Attitude Determination and Control System of Tohoku University SPRITE-SAT (2010)
  • Author(s): Yuji Sakamoto, Tomoki Sawakami, Kazuya Yoshida, Yukihiro Takahashi
  • Journal Title: Transactions of JSASS, Space Technology Japan Vol.8(掲載決定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Absolute optical energy of sprites and its relationship to charge moment of parent lightning discharge based on measurement by ISUAL/AP (2010)
  • Author(s): Takahashi, Y., A Yoshida, M Sato, T Adachi, S Kondo, R-R Hsu, H-T Su, A B Chen, S B Mende, H U Frey, L-C Lee
  • Journal Title: J.Geophys.Res.accepted (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 27-day variation in cloud amount in the Western Pacific warm pool region and relationship to the solar cycle (2010)
  • Author(s): Y.Takahashi, Y.Okazaki, M.Sato, H.Miyahara, K.Sakanoi, P.K.Hong, N.Hoshino
  • Journal Title: Atmos.Chem.Phys. 10 Pages: 1577-1584
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Present Status and Scope of TLE and TGF Studies (2009)
  • Author(s): Yukihiro Takahashi
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 129 Pages: 163-167
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimating lightning current moment waveforms from satellite optical measurements (2009)
  • Author(s): T.Adachi, S.A.Cummer, J.Li, Y.Takahashi, et al.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters 36 Pages: L18808
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discharge processes, electric field, and electron energy in ISUAL recorded gigantic jets (2009)
  • Author(s): Cheng-Ling Kuo, J.K.Chou, L.Y.Tsai, A.B.Chen, H.T.Su, R.R.Hsu, S.A.Cummer,5 H.U.Frey, S.B.Mende, Y.Takahashi, L.C.Lee
  • Journal Title: J.Geophys.Res. 114 Pages: doi : 10.1029/2008JA013791
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On the Global Occurrence and Impacts of Transient Luminous Events (TLEs) (2009)
  • Author(s): Rue-Ron Hsu, Alfred B.Chen, Cheng-Ling Kuo, Han-Tzong Su, Harald Frey, Stephen Mende, Yukihiro Takahashi, Lou-Chung Lee
  • Journal Title: AIP(American Institute of Physics) conference proceedings 1118 Pages: 99-107(doi : 10.1063/1.3137720)
• [Journal Article] Ground-based detection of sprites and their parent lightning flashes over Africa during the 2006 AMMA campaign (2009)
  • Author(s): E.R.Williams, W.A.Lyons, Y.Hobara, V.C.Mushtak, N.Asencio, R.Boldi, J.Bor, S.A.Cummer, E.Greenberg, M.Hayakawa, R.H.Holzworth, V.Kotroni, J.Li, C.Morales, T.E.Nelson, C.Price, B.Russell, M.Sato, G.Satori, K.Shirahata, Y.Takahashi, K.Yamashita
  • Journal Title: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 136 Pages: 257-271
  • Peer Reviewed
• [Presentation] JEM-GLIMSミッション機器開発の概要と理・工連携体制 (2010)
  • Author(s): 佐藤光輝, 他3名
  • Organizer: 第18回スペース・エンジニアリング・コンファレンス
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京)
  • Year and Date: 2010-01-29
• [Presentation] GLIMSミッション-光学観測機器の開発状況 (2010)
  • Author(s): 佐藤光輝, 他12名
  • Organizer: 第10回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部(日本)
  • Year and Date: 2010-01-07
• [Presentation] Global lightning mapping with time of arrival method using ELF network data (2009)
  • Author(s): Yamashita, K.; Takahashi, Y.; Sato, M.; Kase, H.
  • Organizer: American Geophysical Union, Fall Meeting 2009
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 20091214-20091218
• [Presentation] Time Series Analyses of Transient Luminous Events and Lightning at a Few Selected Geographic Regions (2009)
  • Author(s): Wu, Y.; Chen, A.B.; Kuo, C.; Lee, L.; Su, H.; Hsu, R.; Chen, C.; Chiang, C.; Mende, S.B.; Frey, H.U.; Takahashi, Y.; Lee, L.
  • Organizer: American Geophysical Union, Fall Meeting 2009
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 20091214-20091218
• [Presentation] Sensitivity Degradation of the ISUAL instruments and its impact to the observations (2009)
  • Author(s): Chen, A.B.; Chiang, C.; Hwang, Y.; Wu, Y.; Kuo, C.; Hsu, R.; Su, H.; Lin, S.; Liu, T.; Mende, S.B.; Frey, H.U.; Takahashi, Y.; Lee, L.
  • Organizer: American Geophysical Union, Fall Meeting 2009
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 20091214-20091218
• [Presentation] Purpose of RISING satellite mission (2009)
  • Author(s): 高橋幸弘
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2009年大会
  • Place of Presentation: 千葉・幕張メッセ
  • Year and Date: 20090516-20090521
• [Presentation] Charge moment change distribution of lightning discharge and occurrence probability of terrestrial gamma-ray flashes (2009)
  • Author(s): 嘉瀬裕美, 高橋幸弘, 宇野健, 吉田暁洋, 山下幸三, 佐藤光輝
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2009年大会
  • Place of Presentation: 千葉・幕張メッセ
  • Year and Date: 20090516-20090521
• [Presentation] グローバルサーキットにおける雷放電電流量の推定 (2009)
  • Author(s): 山下幸三, 高橋幸弘, 佐藤光輝, 嘉瀬裕美
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2009年大会
  • Place of Presentation: 千葉・幕張メッセ
  • Year and Date: 20090516-20090521
• [Presentation] れいめい衛星によるスプライト発光と熱圏大気光の多波長観測 (2009)
  • Author(s): 坂野井健, 山崎敦, 足立透, 佐藤光輝, 高橋幸弘, 江尻省, 鈴木臣, 中村卓司, 藤原均, 平原聖文
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2009年大会
  • Place of Presentation: 千葉・幕張メッセ
  • Year and Date: 20090516-20090521
• [Presentation] Current moment waveforms in sprite/halo producing lightning derived from satellite optical measurements (2009)
  • Author(s): T.Adachi, S.Cummer, J.Li, N.Lehtinen, Y.Takahashi, et al.
  • Organizer: American Geophysical Union 2009 Fall Meeting
  • Place of Presentation: 米・カリフォルニア
  • Year and Date: 2009-12-16
• [Presentation] Science Goal and Mission Status of JEM-GLIMS (2009)
  • Author(s): 佐藤光輝, 他13名
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Place of Presentation: サンフランシスコ(米国)
  • Year and Date: 2009-12-14
• [Presentation] Concurrent observation of Atmospheric Electric Field and Schumann resonance (2009)
  • Author(s): 鴨川仁
  • Organizer: 第126回 地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2009-09-28
• [Presentation] 東北大学スプライト観測衛星(SPRITE-SAT)の開発および運用報告 (2009)
  • Author(s): 坂本祐二, 吉田和哉, 澤上友貴, 坂野井健, 高橋幸弘
  • Organizer: 日本機械学会2009年度年次大会
  • Place of Presentation: 盛岡市,岩手
  • Year and Date: 2009-09-15
• [Presentation] LF帯標準電波を用いた7/22日食中のD領域変動観測 (2009)
  • Author(s): 土屋史紀、三澤浩昭、森岡昭、三好由純、高橋幸弘, 他
  • Organizer: STE現象報告会
  • Place of Presentation: 日本・小金井
  • Year and Date: 2009-09-04
• [Presentation] Future collaboration between space and ground-based observations of TLEs (2009)
  • Author(s): M.Sato(招待講演)
  • Organizer: ISUAL 2009 Conference
  • Place of Presentation: 国立成功大学(台湾)
  • Year and Date: 2009-08-17
• [Presentation] Development of the Structural System for Tohoku University SPRITE-SAT (2009)
  • Author(s): Tomoki Sawakami, Kei Takiuchi, Eriko Ujiie, Yuji Sakamoto, Kazuya Yoshida, Yukihiro Takahashi
  • Organizer: 27th International Symposium on Space Technology and Science
  • Place of Presentation: 筑波
  • Year and Date: 2009-07-10
• [Presentation] Pre-Flight Analysis, Test Evaluation and Flight Verification of the Thermal System of Tohoku University SPRITE-SAT (2009)
  • Author(s): Yuji Sakamoto, Yasuhiro Nakazato, Tomoki Sawakami, Kazuya Yoshida, Yukihiro Takahashi
  • Organizer: 27th International Symposium on Space Technology and Science
  • Place of Presentation: 筑波
  • Year and Date: 2009-07-10
• [Presentation] Development and Flight Data Analysis of the Attitude Determination and Control System of Tohoku University SPRITE-SAT (2009)
  • Author(s): 坂本祐二, 吉田和哉, 高橋幸弘
  • Organizer: 27th International Symposium on Space Technology and Science
  • Place of Presentation: 筑波
  • Year and Date: 2009-07-10
• [Presentation] SPRITE-SAT : a Micro Satellite for Scientific Observation of Transient Luminous Events and Terrestrial Gamma-ray Flashes (2009)
  • Author(s): Kazuya Yoshida, Yukihiro Takahashi, Yuji Sakamoto, Eriko Ujiie, Kei Takiuchi, Yasuhiro Nakazato, Tomoki Sawakami, Takeshi Sakanoi, Yasumasa Kasaba, Satoshi Kondo, Kozo Yamashita, Shinya Ueda, Takeshi Takashima, Kazuhiro Nakazawa, Takefumi Mitani, Teruaki Enoto, Mitsuteru Sato, Umran Inan, Ivan Linscott, Fredrik Bruhn, Yoshinari Masumoto
  • Organizer: 27th International Symposium on Space Technology and Science
  • Place of Presentation: 筑波
  • Year and Date: 2009-07-08
• [Presentation] 国際宇宙ステーションからの雷放電・スプライト観測計画:JEM-GLIMS (2009)
  • Author(s): 佐藤光輝, 他4名
  • Organizer: 日本大気電気学会
  • Place of Presentation: 東北工業大学(宮城)
  • Year and Date: 2009-07-02
• [Presentation] Global measurements of lightning and sprites from International Space Station : JEM-GLIMS mission (2009)
  • Author(s): 佐藤光輝, 他14名
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2009大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉)
  • Year and Date: 2009-05-21
• [Presentation] Ion-aerosol and global-circuit atmospheric electric field (2009)
  • Author(s): 木村嘉尚
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2009年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ
  • Year and Date: 2009-05-20
• [Presentation] Chain connection global-circuit model for the explanation of phase difference of atmospheric electric field (2009)
  • Author(s): 木村嘉尚
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2009年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ
  • Year and Date: 2009-05-19
• [Presentation] Seasonal variations of global lightning and TLE occurrence distributions derived from ELF measurements (2009)
  • Author(s): 佐藤光輝, 他4名
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2009大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉)
  • Year and Date: 2009-05-18
• [Presentation] Report of the development and the initial operation of Tohoku University SPRITE-SAT (RISING) for sprites and terrestrial gamma-ray flashes observation (2009)
  • Author(s): Yuji Sakamoto, Yukihiro Takahashi, Takeshi Sakanoi, Kazuya Yoshida
  • Organizer: 日本地球惑星連合大会
  • Place of Presentation: 幕張市,千葉
  • Year and Date: 2009-05-18
• [Presentation] Global Sprite Occurrence Rates and Distributions Derived from ELF Measurements and Their Seasonal Variations (2009)
  • Author(s): 佐藤光輝, 高橋幸弘
  • Organizer: AGU Chapman Conference
  • Place of Presentation: ペンシルベニア州立大学(米国)
  • Year and Date: 2009-05-13
• [Presentation] Possible VHF radar echoes in the lower ionosphere associated with lightning discharges : Preliminary results (2009)
  • Author(s): T.Adachi, M.Yamamoto, U.S.Inan, Y.Otsuka, Y.Takahashi
  • Organizer: American Geophysical Union Chapman Conference on Effects of Thunderstorms and Lightning in the Upper Atmosphere
  • Place of Presentation: 米・ペンシルバニア
  • Year and Date: 2009-05-12
• [Presentation] SPRITE-SAT : a University Small Satellite for Observation of High-altitude Luminous Event (2009)
  • Author(s): Yukihiro Takahashi, Kazuya Yoshida, SPRITE-SAT Development Team
  • Organizer: 7th International Symposium of the International Academy of Astronautics
  • Place of Presentation: Berlin, Germany
  • Year and Date: 2009-05-05