地上・宇宙光学望遠鏡ならびに電波望遠鏡による木星大気圏－電磁圏結合過程の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26287118
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 坂野井 健 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80271857)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 笠羽 康正 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10295529) ; 土屋 史紀 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10302077) ; 鍵谷 将人 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30436076) ; 三澤 浩昭 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90219618)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 惑星大気 / 国際情報交換（ハワイ） / 赤外天文学 / プラズマ加速 / 装置開発

Outline of Annual Research Achievements

H26年度は、ハワイ・ハレアカラ山頂に60cm望遠鏡を設置する作業を完了させた。これにより、我々は条件のよいハレアカラ山頂で惑星の連続観測が可能となった。これに関して、プレスリリースや、新聞を含む10件の報道があった。この後、可視コロナグラフ光学イメージングシステムを開発し、望遠鏡に取り付けた。これを用いて、木星の可視イオトーラス（硫黄イオン673nm)の連続観測を開始した。加えて、これと同時の極端紫外戦宇宙望遠鏡SPRINT-A/EXCEEDによるイオトーラスの紫外線発光（60-145nm)の共同同時観測を達成した。
さらに、大型望遠鏡による公募観測の申請し、採択された。具体的には、1月にSUBARU望遠鏡、3月にNASA/IRTF望遠鏡による木星赤外観測キャンペーン観測を成功させた。これにあわせて、60cm望遠鏡や、SPRINT-A/EXCEEDとの連携観測も行った。現在、これらの観測データの解析を進めており、イオプラズマトーラスのイオンの発光分布と加熱プロセス、木星オーロラ発光変動とイオプラズマトーラスの対応に関わる研究が進行中である。この研究に関連して、Ｈ26年度には本研究グループの所属する研究室から1名の博士号取得があり、また現在も複数の大学院修士学生が解析を推進している。
一方で、赤外エシェル分光器の開発について、赤外検出器以外の部分についてはほぼ開発が完了したものの、赤外検出器の不具合が発生し、これまで得られていた正しい信号が得られなくなった。この検出器の不具合は予想外のことであり、現在その原因を調査中であるが、これにより赤外エシェル分光器の検出器に関わるエレクトロニクス関係の開発と試験、ならびにハワイへの設置に遅れが出ており、今後原因を調べて対処する予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

H26年度に計画されていたもののうち、ハワイ・ハレアカラ山頂に60cm望遠鏡を設置すること、それにより木星の連続観測を開始することは達成した。とくに、可視コロナグラフ光学イメージングシステムを新たに開発し、木星の可視イオトーラス（硫黄イオン673nm)の連続観測を成功させた。
また、目標の一つである大型望遠鏡による公募観測にも採択され、SUBARU望遠鏡とNASA/IRTF望遠鏡による木星赤外観測も行った。加えて、60cm望遠鏡と極端紫外戦宇宙望遠鏡SPRINT-A/EXCEEDとの共同観測にも成功した。
これらの観測データの解析に基づき成果は成果は順調にでており、イオプラズマトーラスのイオンの発光分布と加熱プロセス、木星オーロラ発光変動の原因とイオプラズマトーラスに関わる新しい知見について、国内外の複数の学会・シンポジウム発表を行った。また、本研究グループの所属する研究室から1名の博士号取得があったほか、複数の大学院修士学生が解析に携わっており教育成果もあった。
一方、赤外エシェル分光器の開発について、赤外検出器以外の部分についてはほぼ開発が完了したものの、赤外検出器の予想外の不具合が発生したため、その検出器に関わるエレクトロニクス関係の開発と試験、ならびにハワイへの設置に遅れがでている。
以上のとおり、一部について予想外の遅れがあったものの、おおむね順調に進展していると判断される。

Strategy for Future Research Activity

今後の推進方策について、H27年度は、ハレアカラ山頂の60cm望遠鏡ならびにコロナグラフを用いた可視イメージングシステムを用いて、木星の衝前後の観測好適期である冬から春にかけ、イオトーラスの観測を計画している。また、同時期には、極端紫外宇宙望遠鏡SPRINT-A/EXCEEDとの共同観測や木星シンクロトロン電波観測も計画されている。加えて、SUBARUやNASA/IRTFの公募観測にも申請し、採択された場合には、この冬期に木星観測を実施する。これらの観測から、イオトーラスについて多波長共同観測データを取得し、新たな知見を得ることが期待される。イオ火山活動と木星オーロラ関係についても因果関係を明らかにし、木星大気－磁気圏の間のエネルギー・電磁結合過程を理解を加速する。
一方で、本年度発生した、赤外検出器の予想外の不具合について、原因の究明と対策をたてる。まず検出器の不具合の特定のために、東北大学に既存の熱真空チャンバーと検出器エレクトロニクス回路を用いる。この検出器の不具合が、静電気等の破壊によるものである場合は、検出器の修理は困難である。また、この検出器と同じ製品を購入することは、メーカーでは製造中止になっているため、実質的に不可能であることがこれまでのメーカーとのやりとりで分かっている。したがって、検出器のより新しい型（この場合より高性能である反面、非常に高価であることが分かっている）を購入することを含め、可能な対策を検討する必要がある。このためには当該研究グループ内での検討のみならず、国内外の研究者と情報交換をする必要がある。
研究成果は学会・シンポジウム等で発表するとともに、査読つき論文により広く世界に公表する予定である。また検出器不具合検討のため打ち合わせが必要である。

Research Products

• [Journal Article] Vertical emissivity profiles of Jupiter's northern H3+ and H2 infrared auroras observed by Subaru/IRCS (2015)
  • Author(s): Uno, T., Y. Kasaba, C. Tao, T. Sakanoi, M. Kagitani, S. Fujisawa, H. Kita, and S. V. Badman
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 119 Pages: 10,219-10,241
  • DOI: 10.1002/2014JA020454
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Venus' clouds as inferd from the phase curves acquired by IR1 and IR2 on board Akatsuki (2015)
  • Author(s): Satoh, T. S. Ohtsuki, N. Iwagami, M. Ueno, K. Uemizu, M. Suzuki, G. L. Hashimoto, T. Sakanoi, Y. Kasaba, R. Nakamura, T. Imamura, M. Nakamura, T. Fukuhara, A. Yamazaki, Atsushi, M. Yamada
  • Journal Title: Icarus Volume: 248 Pages: 213-220
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2014.10.030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for global electron transportation into the jovian inner magnetosphere (2014)
  • Author(s): Yoshioka, K., G. Murakami, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, T. Kimura, M. Kagitani, T. Sakanoi, K. Uemizu, Y. Kasaba, I. Yoshikawa, M. Fujimoto
  • Journal Title: Science Volume: 345 Pages: 1581-1584
  • DOI: 10.1002/2014GL061403
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extreme Ultraviolet Radiation Measurement for Planetary Atmospheres/Magnetospheres from the Earth-Orbiting Spacecraft (Extreme Ultraviolet Spectroscope for Exospheric Dynamics: EXCEED) (2014)
  • Author(s): Yoshikawa, I., K. Yoshioka, G. Murakami, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, M. Kagitani, T. Sakanoi, N. Terada, T. Kimura, M. Kuwabara, K. Fujiwara, T. Hamaguchi, H. Tadokoro
  • Journal Title: Space Sci. Rev. Volume: 184 Pages: 237-258
  • DOI: 10.1007/s11214-014-0077-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mid-infrared observations of Io’s volcanism from the ground in 2011 and 2012 (2014)
  • Author(s): Yoneda, N., T. Miyata, C.C.C. Tsang, S. Sako, T. Kamizuka, T. Nakamura, T. Asano, M. Uchiyama, K. Okada, Y. Hayashi, Y. Yoshii, M. Kagitani, T. Sakanoi, Y. Kasaba, S. Okano
  • Journal Title: Icarus Volume: 236 Pages: 153-156
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2014.01.019.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Field-of-View Guiding Camera on the HISAKI (SPRINT-A) Satellite (2014)
  • Author(s): Yamazaki, A., F. Tsuchiya, T. Sakanoi, K. Uemizu, K. Yoshioka, G. Murakami, M. Kagitani, Y. Kasaba, I. Yoshikawa, N. Terada, T. Kimura, S. Sakai, K. Nakaya, S. Fukuda, S. Sawai
  • Journal Title: Space Sci. Rev. Volume: 184 Pages: 259-274
  • DOI: 10.1007/s11214-014-0106-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Electron heating associated with Io-plasma torus interaction (2015)
  • Author(s): F. Tsuchiya, K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, M. Kagitani, A. Yamazaki, Y. Kasaba, T. Sakanoi, I. Yoshikawa, H. Nozawa
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2015
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-02-17
• [Presentation] Vertical and horizontal structures of Jovian IR aurora emission intensity by SUBARU / IRCS observation (2015)
  • Author(s): S. Fujisawa, Y. Kasaba, C. Tao, T. Sakanoi, H. Kita, M. Kagitani
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2015
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-02-17
• [Presentation] Optical and infrared measurements of planetary atmospheres with the T60 telescope and the future PLANETS mission at Haleakala, Hawaii (2015)
  • Author(s): T. Sakanoi, M. Kagitani, Y. Kasaba, T. Obara, S. Okano, J. Kuhn
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2015
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-02-17
• [Presentation] Coordinated observation of concentric gravity waves and MSTID using IMAP/VISI and Hokkaido HF radar (2014)
  • Author(s): Sakanoi, T., S. Perwitasari, N. Nishitani, T. Hori, Y. Otsuka, A. Saito, Y. Akiya, Y. Hozumi, A. Yamazaki, M. K. Ejiri, T. Tsugawa
  • Organizer: 第5回極域科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立極地研究所（東京都立川市）
  • Year and Date: 2014-12-03
• [Presentation] IMAP/VISIと北海道HFレーダーによるMSTIDに関連した同心状重力波の観測 (2014)
  • Author(s): 坂野井 健, S. Perwitasari, 西谷 望, 堀 智昭, 大塚 雄一, 山崎 敦, 齊藤 昭則, 秋谷 祐亮, 穂積 裕太, 津川卓也, IMAP/VISI理学チーム
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第136回総会・講演会
  • Place of Presentation: キッセイ文化ホール（長野県松本市）
  • Year and Date: 2014-10-01
• [Presentation] Characteristics of optical aurora and precipitating particles observed from space: Small-scale auroran (2014)
  • Author(s): Sakanoi, T., D. K. Whiter, C. C. Chaston, Y. Fukuda, K. Asamura, A. Yamazaki, M. Hirahara
  • Organizer: The 41st Anuual European Meeting on Atmoshperic Studies by Optical Methods
  • Place of Presentation: ストックホルム（スウェーデン）
  • Year and Date: 2014-08-18
  • Invited
• [Presentation] Coordinated observation of atmospheric gravity waves and aurora from space and the ground with IMAP/VISI and the Hokkaido HF radar (2014)
  • Author(s): Sakanoi T., N. Nishitani, A. S. Yukimatu, A. Saito, T. Hori, A. Yamazaki, Y. Otsuka, Y. Akiya, Y. Hozumi, S. Perwitasari, T. Tsugawa
  • Organizer: Super DARN 2014 workshop
  • Place of Presentation: ロングイヤービェン（ノルウェー）
  • Year and Date: 2014-05-27
• [Presentation] Characteristics of airglow and auroral emissions in the lower- and upper-thermosphere obtained with IMAP/VISI on ISS (2014)
  • Author(s): Sakanoi, T., S. Perwitasari, D. Sakamoto, A. Saito, Y. Akiya, Y. Hozumi, Y. Otsuka, S. Suzuki, A. Yamazaki, T. Nakamura
  • Organizer: 2014 JPGU meeting
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-04-28
• [Remarks] ハワイ惑星専用望遠鏡群を核とした惑星プラズマ・大気変動研究の国際連携強化
  • URL: http://c.gp.tohoku.ac.jp/~promotion/
• [Remarks] 惑星プラズマ・大気研究センター研究内容
  • URL: http://pparc.gp.tohoku.ac.jp/research01.html
• [Remarks] 宮城の新聞 ハワイ惑星専用望遠鏡群で探る 惑星の多様性と普遍性
  • URL: http://shinbun.fan-miyagi.jp/article/article_20141030.php
• [Remarks] 宮城の新聞 太陽系惑星、そして太陽系外の惑星へ
  • URL: http://shinbun.fan-miyagi.jp/article/article_20150329.php