3D

EISCATEISCAT̲3D（アイスキャット・スリーディー）

地球大気とジオスペース環境の理解に向けて− 極域エネルギー流入・変換過程の全容解明 −EISCAT̲3D計画とは？
スカンジナビア半島北部に最先端のフェーズドアレイ式

本プロジェクトは2008年12月にESFRI（欧州研究インフラ戦略レーダーを設置する新しい国際共同プロジェクトです。

フォーラム）のロードマップに採択され、さらに国内ではマスター

世界で初めての多点イメージングレーダー観測を実現することにより、環境モニタリング・宇宙プラズマ物理学・太陽系科学を推進し、宇宙天気と地球気候の予測精度の向上を目指しています。0.1秒の時間分解能や50mの空間分解能は、世界中の大型レーダーでトップであり、時間的・空間的に激しく変動する「太陽活動の影響」を測定可能になります。

プラン2014及びロードマップ2014の重点大型研究計画の1つである「太陽地球系結合過程の研究基盤形成」の重要な観測装置として、EISCAT̲3Dレーダーは位置づけられています。
このEISCAT̲3Dレーダーを用いて、2020年から約45年間の観測を実現するための準備を、EISCAT（欧州非干渉散乱）科学協会加盟国（日本、ノルウェー、スウェーデン、フィンランド、英国、

電子密度 [m-3]電子密度 [m-3]中国）による国際共同で進めています。

現行のEISCATレーダーによる線観測

EISCAT̲3Dレーダーによる立体観測（通常1分間の積分時間で電子密度などの物理量を導出）（約3分間のビームスキャンを想定）

EISCAT̲3Dの研究課題
EISCAT̲3Dレーダーの主目的は、太陽風エネルギーの流入とその影響の全容を解明することです。
このレーダーを用いて、右図に記載した多岐にわたる研究対象について、日本の研究者による主体的な国際共同観測・研究の実現を目指しています。特に中心課題と想定している内容は以下の通りです。

■ オーロラの3次元構造とその生成機構● オーロラ微細構造の解明● 脈動オーロラの生成機構の解明■ オーロラエネルギーの変換プロセス● 全球規模のエネルギー再配分と物質輸送理解● イオン流出の生成機構の解明■ 下層大気と超高層大気の上下結合● 中間圏・電離圏D領域の微細構造の理解● 中層・超高層大気の寒冷化の解明■ 宇宙天気研究及び様々な研究分野への応用● 宇宙デブリの詳細把握● 惑星科学や太陽風研究

EISCAT̲3Dレーダーを中心とした拠点観測に加え、飛翔体観測やシミュレーション研究を相補的に組み合わせることにより、これらの未解明問題の理解に取り組みます。

国際的には、各国の研究者が協力し、EISCAT̲3Dサイエンスケースの完成版を2014年7月にリリースしました。
https://www.eiscat3d.se/project/fp7/science-case

EISCAT̲3Dレーダーの諸元■ システム・・・・・・・・・・・・・・

アクティブ・フェイズド・アレイ方式■ 送受信機■ アンテナ・・・・・・・・・・・・・・

コア局（Skibotn）と4ヶ所の受信局のそれぞれに■ 送信ピーク出力・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

約1万本の直交アンテナ■ 観測可能天頂角・・・・・・109個の送受信モジュール
5MW（第1段階）、10MW（第2段階）
Duty比最大25%

最大60度■ 空間分解能・・・・・・・・・・・干渉法により最高約50m

EISCAT̲3Dシステム構成図
EISCAT̲3D コア局①レーダーアレイ

EISCAT̲3D 受信局（計 4ヶ所）
①レーダーアレイ

109 群のサブアレイ

109 群のサブアレイ

1サブアレイあたり91本のクロスダイポールアンテナ（計182 ダイポール）［ 全アンテナアレイ］

1 サブアレイあたり 91 本のクロスダイポールアンテナ（182 ダイポール）［1 サブアレイ］②サブアレイビームフォーマー

91本（182 ダイポール）③計算システム④ネットワークシステム②送信ユニット
109 群 ×182 台

励振器
電源③サブアレイビームフォーマー④計算システム送受信切り替え
スイッチ

固体素子増幅器（SSPA）

全ビームフォーマー

16 ビット AD 変換器
プロセス計算機⑤ネットワークシステム①データアーカイブ
2 ペタバイトのディスク

リングバッファー20 ペタバイトのテープ

EISCAT̲3D
オペレーションセンター

VPN

アナログ信号

デジタル信号

イーサネット経由

EISCAT国内共同利用
日本は1996年4月にEISCAT（欧州非干渉散乱）科学協会に加盟後、スヴァールバル諸島ロングイアビン及びスカンジナビア半島北部のトロムソ、キルナ、ソダンキラに設置された複数の大型レーダーと電離圏加熱装置を用いて、極域中間圏-熱圏-電離圏-磁気圏領域における国際共同観測・研究を積極的に推進してきました。全国公募によるEISCATレーダー実験を毎年行い、その観測・研究成果を学術論文として継続して発表してきています。
申請数

共同研究者数

観測時間

2006

13451442007

14552812008

14452542009

12351702010

17462192011

15362322012

15412162013

17481982014

1549145年

度

これまでのEISCAT実験代表者及び共同研究者の所属する研究機関名●北海道大学●立教大学●名古屋大学

世界全体では、EISCATを用いた約2600編もの数の学術論文が

●東北大学

●東京大学

●京都大学

出版されています。うち日本人筆頭著者の論文は約120編です。

●茨城大学●情報通信研究機構●京都女子大学●理化学研究所●電気通信大学●大阪市立大学

EISCATレーダーのデータは、日本の大学／大学院教育にも有効●国立極地研究所●宇宙科学研究所

●九州大学

●成蹊大学

●信州大学に活用されてきました。
（これまで10編の博士論文と約50編の修士論文にEISCATデータを利用）

EISCAT / EISCAT̲3D計画の流れ
1980年

1990年

2000年

EISCAT UHFレーダー稼働開始

EISCATスバールバルレーダー
稼働開始

太陽活動度︵

1981年

第1アンテナ：1996年
第2アンテナ：1999年

日本（極地研・名大STE研）がEISCAT科学協会に加盟

F
10.7

1996年

指数︶の変化EISCATレーダーサイト敷地内に、各種の光学観測装置や小型レーダーを展開し、拠点観測を開始

EISCAT VHFレーダー稼働開始
1985年

日本が主体となる国内外の大型レーダー計画

MUレーダー稼働開始
1984年

EISCATのサイエンス成果（１）EISCATのサイエンス成果（２）■地球大気の流出現象の解明■超高層大気の長期変動の解明

極域の電離圏イオンが上昇する量を、イオンの種類毎に初めて明らかにしました。
この成果は、地球大気が流出するメカニズムの解明や、長期的な大気組成の変遷の理解に貢献します。

極域の超高層大気（高度300km）が、10年でマイナス14度の割合で冷えていることを初めて明らかにしました。
この成果は、超高層大気中を飛翔する人工衛星軌道への影響の理解や、気候変動の理解に貢献します。

図：EISCATレーダー観測による極域

図：太陽活動の影響を取り除くことで明らかにイオンが上昇する量の高さ分布。
まず酸素イオンが高さ400km付
近から上昇し始めます。その上空

青線：酸素イオン
赤線：水素イオンなったイオン温度の長期変化。極域の超高層の高さ600kmでは、水素イオン大気が33年間に渡っの上昇に切り替わる様子が初めてて冷えてきていること明らかになりました。

が分かります。

EISCATからEISCAT̲3Dへ
2010年
EISCAT協会全体の活動
EISCAT̲3D準備フェーズ（FP7）、EISCAT将来構想（E-Prime）の検討開始
2003年〜

EUから 4.5Mユーロ（約5億円）

EISCAT̲3Dデザインスタディ（FP6）、EUから 2.0Mユーロ（約2.5億円）
2005〜2009年●試験用アレイアンテナ設置（キルナ） 2007年●EISCAT̲3Dデザインの報告書作成

欧州研究インフラ戦略フォーラム（ESFRI）採択

2010〜2014年●EISCAT̲3Dプロジェクトマネージャー着任
2011年8月

2015年1月●国際サイエンスワーキンググループを結成し、サイエンスケース執筆
2012年〜2014年［フィンランド］
プロトタイプ受信局建設［ノルウェー］
建設予算申請2012年〜

2008年

EISCAT評議会による推進決定
2008年

EISCAT̲3D
Implementationフェーズ（INFRADEV-3、2年間計画）
への申請

KAIRAグループ提供

0.4Mユーロ（約0.5億円）
2010年〜

EISCAT̲3D実現のための40研究機関からのサポートレター［スウェーデン］
準備予算承認
7MSEK（約1億円）
2012年〜2014年

2009年［フィンランド］
建設予算申請他国の建設予算獲得の条件付きで内定

2014年〜

2015年［スウェーデン］
建設予算申請2013年

他国の建設予算獲得の条件付きで内定
2014年

国内活動
学術の大型研究計画（マスタープラン2011）に応募「大型大気レーダー（EISCAT̲3D及びPANSY）を用いた南北両極の大気科学の推進」

国内研究集会等で将来計画の意見集約
2003年〜
EISCAT̲3D国内WG立ち上げ
2009年

マスタープラン2014に応募「太陽地球系結合過程の研究基盤形成」
2013年

2010年

EISCAT̲3Dで用いる送信機モジュールの設計と性能評価
2014年〜

EISCAT̲3Dレーダーと、赤道MUレーダー、広域ネットワーク観測を組み合わせた計画

統合計画案の作成＆ヒアリング「極域科学のフロンティア」
2011年●「太陽地球系結合過程の研究基盤形成」が重点大型研
究計画マスタープラン2014の27課題の１つに選出
2014年● 学術研究の大型プロジェクトの推進に関する基本構想「ロードマップ」新規10課題の1つに選出
2014年

赤道大気レーダー稼働開始

南極PANSYレーダー稼働開始

2001年

2011年

EISCATのサイエンス成果（３）■極域超高層大気で生じる突風現象の発見
この突風の加速源を探ることにより、太陽風から地球大気へのエネルギー過程を究明しました。
この研究は、太陽から地球へのエネルギー流入過程の理解に貢献します。

EISCAT̲3Dで期待される成果
太陽からの太陽風エネルギー流入によって極域に発生する特異現象の観測
オーロラに代表される地球周辺プラズマ現象の生成と消滅
地球大気が宇宙空間へ流出する仕組みや量、組成。
大気成分の鉛直下方向への輸送（特に、オゾン破壊にも繋がる大気微量成分の輸送）
極地から低緯度へのエネルギー伝達（超高層大気の乱れが水平方向に伝搬）

宇宙飛翔体の直接観測
図：EISCATレーダーを用いて観測した高度118kmの風速変動（北向き成分）。
1時間（09:00 -10:00 世界標準時）の間に風速が500m/s変化しています。
この風速変動のエネルギー源は、太陽風であることを明らかにしました。

太陽活動が全球システムに及ぼす影響とその仕組みの全容解明
極軌道衛星の運用やGPS測位に影響する宇宙天気の監視
スペースデブリ、落下衛星などのリスク検知

EISCAT̲3D整備計画
2015 年 6月現在

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

第 1 段階整備計画フェーズ

＜技術実証＞期間

2022

2023

2024

第 2 段階第 3 段階第 4 段階＜本格整備＞期間

技術実証システム（トロムソ）
主局（Skibotn）整備受信局 1（Bergfors）整備
受信局 2（Karesuvanto）整備
オペレーションセンター整備
送信出力 5MW→10MW
受信局 3（Andøya）整備
受信局 4（Jokkmokk）整備

日本の貢献内容● 送信機モジュール開発●送信機モジュール（第 1 段階用）

● 技術実証用モジュール●装置筐体（第 1 段階用）

● 電源ユニット●実証試験システム● 装置筐体設計製作

EISCAT̲3Dレーダー（5局）の建設予定地

アンドーヤ（Andøya）

トロムソ

ベルグフォース（Bergfors）

シーボトン（Skibotn）
カレスバント（Karesuvanto）
キルナ
ソダンキラ

ヨックモック（Jokkmokk）

Google Earthは EISCAT̲3D サイト

100km
Google Earth

問い合わせ先EISCAT 国内事務局
email eiscat3d@nipr.ac.jp
URL http://eiscat.nipr.ac.jp/
URL http://eiscat.nipr.ac.jp/eiscat3d/

名古屋大学

太陽地球環境研究所
EISCAT 科学協会
URL http://www.eiscat.se
URL http://www.eiscat3d.se/

3D

EISCAT2015 年 6 月発行

は現行の EISCAT サイト