平成28年-32年度 特別推進研究

説明資料

地上多点ネットワーク観測による内部磁気圏の粒子・波動の変動メカニズムの研究

Study of dynamical variation of particles and waves
in the inner magnetosphere using ground-based
network observations (PWING Project)-世界初のグローバルな観測で放射線帯粒子加速の定量把握へ研究代表者：塩川和夫 (名古屋大学)
研究分担者：大塚雄一、大山伸一郎、三好由純、西谷望（名古屋大学）、尾崎光紀（金沢大）、片岡龍峰（極地研）、能勢正仁（京大理）、関華奈子（東大理）連携研究者：篠原育（ISAS/JAXA)、長妻努（NICT)、田中良昌（極地研）、坂野井健（東北大）、土屋史紀（東北大）、尾花由紀（大阪電気通信大）、鈴木臣(愛知大）

研究課題の背景

2• 粒子の加速が粒子間の衝突なしに起きている。
• 電磁波動との相互作用（ミクロ過程）によって１つ１つの電子が加速されている可能性

太陽風：ｅV ---内部磁気圏：106 eV (MeV)
太陽電磁波動?
内部磁気圏
放射線帯eV

静止軌道

MeV

研究課題の背景

3

磁気圏で加速された放射線帯粒子は安全・安心な宇宙利用を脅かす

宇宙飛行士の被曝

放射線帯粒子による人工衛星の機能障害
磁気嵐のあと高レベルの放射線帯粒子が数日間継続し、BS放送が中断。

本研究のポイント

4• プラズマ粒子の加速を起こす電磁波動と粒子の相互作用は、磁気圏赤道面で発生。相互作用を観測できるのはERG衛星のみ。
• 内部磁気圏のプラズマ粒子や各種の波動は、磁力線に沿って地上に到達し、高緯度の地上から観測が可能。

北極電磁波動
10

南極

10.1

対応

グローバル観測の重要性

5

プラズマ粒子：数十分～数時間で地球を経度方向に周回。
電磁波動：特定の経度に偏在
・これまでの観測では波動・粒子の瞬間ごとのグローバルな分布が把握できていなかった。
 経度方向に地球を一周するように地上の観測点を配置
 波動やプラズマ粒子のグローバル空間分布を世界で初めて把握~kHz朝側

昼側~Hz

北極

夜側

夕方側

~mHz

観測地点と実施体制
60
Athabasca

Kapuskasingo6

Paratunka
Magadan70

o80

GakonaIceland

MLAT-MLT map

新規の観測点oZhigansk
Resolute
Eureka
磁北極
NorliskNain

既存の観測点

Tromsoe
Nyrola波動の水平広がり：数千km
オーロラカメラの視野：
1000km経度方向に45°（水平距離約2500km）おきに観測点を配置

機器修理費を計上。観測点が欠けた場合は統計解析やモデリングで補完

複数項目の観測の重要性

7・mHz, Hz, kHzの電磁波動がeVからMeVの広いエネルギーの電子やイオンと相互作用。これらをカバーする観測は行われていない。
 広帯域の電磁波動と粒子を観測する装置を各観測点に配置
 複数のパラメータをグローバルに同時に把握
粒子加速に寄与~kHz
各項目が放射線帯変動に果たす役割

波動励起の自由エネルギー源

朝側

波動分布を制御
昼側

各項目のグローバ
ル分布を同時に把握することが必須~Hz
粒子消失に寄与

北極

夜側

夕方側

粒子輸送に寄与~mHz

機器と連携体制

8
グローバルモデリング：
PD1名（新規雇用）

mHz, Hz: 誘導磁力計
新規

kHz: ループアンテナ
粒子：リオメータ
粒子：高感度全天カメラ

モデリング

粒子：EMCCDカメラ
流れ：短波レーダー網（既存）
プラズマ圏：GNSS受信機網（既存）PD2名（新規雇用）、名古屋大学の技術職員4名

グローバル観測

ERG衛星
RBSP衛星THEMIS衛星

衛星観測

研究年次計画とリスク管理
2016

2017

92018

リスク管理1
研究進捗評価による進捗評価と計画の見直しを実施。
第1回集中
キャンペー
ン観測
（H29春）

地上観測の整備
機器製作

国際会議

変動のグローバル把握

第2回集中
キャンペー
ン観測
（H29冬）

海外への機器設置

2020

2019

自動定常観測の継続

人工衛星との連携
ERG衛星打上（H28年度）ERG衛星運用（ノミナル1年、延長有）RBSP衛星、THEMIS衛星運用

リスク管理2：ERG衛星の打ち上げの遅れや衛星に障害が発生した場合においても、RBSP衛星、THEMIS衛星との連携により成果を達成。

グローバルモデリング
事前調整

衛星－地上－モデリングの共通データベースの構築と全データの統合解析ツールの開発

定量評価の確立

粒子分布は１オー
グローバルな粒子分布の再現と波動の成長率計算 ダー程度まで評価

観測との比較によるモデルの検証と改良10

国際的な位置づけ•••

世界各国で内部磁気圏を探査する衛星計画が立案・推進されている。
日本のERG 衛星はその中でも唯一、波動粒子相互作用を直接計測。
ERG 衛星は来年度に打ち上げられる。しかしこれに対応する連携地上観測は構築が十分なされていない。日本が世界に先駆けて粒子加速の素過程とグローバル分布を定量的に解明するチャンス。
日本

日本ERG

米国RBSP
波動粒子相互作用を直接計測

米国THEMIS

米国MMS

ICSU傘下のSCOSTEP（国際太陽地球系物理学科学委員会）が2014－2018
年に推進するプログラムVarSITI（太陽活動変動とその地球への影響）において、内部磁気圏の研究は4つのプロジェクトのうちの１つに選ばれている。
本研究の研究代表者はVarSITIプログラムの国際リーダー
60か国以上が参加

地上－衛星ーモデリングの連携

補-2

ERG衛星、モデリングとの連携のためのデータベース構築は、宇宙科学連携拠点（ERGサイエンスセンター）に集約。
• メタデータ情報は大学間連携事業IUGONETを通じて公開。

•宇宙科学連携拠点（ERGサイエンスセンター）

大学間連携事業IUGONET

機器と連携体制

8
グローバルモデリング：
PD1名（新規雇用）

mHz, Hz: 誘導磁力計
新規

kHz: ループアンテナ
粒子：リオメータ
粒子：高感度全天カメラ

モデリング

粒子：EMCCDカメラ
流れ：短波レーダー網（既存）
プラズマ圏：GNSS受信機網（既存）PD2名（新規雇用）、名古屋大学の技術職員4名

グローバル観測

ERG衛星
RBSP衛星THEMIS衛星

衛星観測http://stdb2.isee.nagoya-u.ac.jp/omti/

CDF化のルーチン有EMCCDカメラもこれに含める

http://stdb2.isee.nagoya-u.ac.jp/magne/

CDF化のルーチン有http://stdb2.isee.nagoya-u.ac.jp/vlf/

CDF化のルーチン開発中

リオメータデータベース：
新しいページを作る

http://stdb2.isee.nagoya-u.ac.jp/riometer/

CDF化のルーチンを作る

リオメータデータベース：
新しいページを作る

地上－衛星ーモデリングの連携

補-2

ERG衛星、モデリングとの連携のためのデータベース構築は、宇宙科学連携拠点（ERGサイエンスセンター）に集約。
• メタデータ情報は大学間連携事業IUGONETを通じて公開。

•宇宙科学連携拠点（ERGサイエンスセンター）

大学間連携事業IUGONET