Study on thermal plasma characteristics using ray tracing and collaborative observation data from Arase and ground stations

利用射线追踪以及 Arase 和地面站的协作观测数据研究热等离子体特性

• 批准号: 21H01146
• 负责人: 笠原 禎也
• 金额: $ 10.32万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01146/
• 关键词: プラズマ波動; 熱的プラズマ; あらせ衛星; イオンサイクロトロン波; レイトレイシング

磁気圏プラズマの大勢を占める熱的プラズマは、地球内部磁気圏の電磁特性を決める重要な役割を果たすが、現在の衛星観測技術では実測困難である。本研究課題は、熱的イオンの密度・組成に依存して伝搬特性が変化するプラズマ波（EMIC波）に着目し、磁気圏内の熱的イオンの特性解明をめざしている。初年度は、科学衛星「あらせ」による内部磁気圏内のイオンサイクロトロン（EMIC)波の空間分布や周波数特性を、あらせ衛星で観測されたEMICイベントを対象に、その統計的性質の解明を進めた。さらに、あらせ、Van Allen Probes、地上観測網の3点で同時観測されたEMIC波を詳細解析し、このEMIC波が特定の磁力性に沿った極めて狭い領域を通って地上に伝搬していることを明らかにした。一方、科学衛星による電界強度計測は、周辺プラズマ環境によって変化するため、あらせ機上で定期的に実施している強度較正用データの解析を行うとともに、あらせ・Van Allen Probes両衛星で同時観測されたVLF帯波動について強度比較を行い較正結果の妥当性を確認した。今後、衛星上で観測されたEMIC波の伝搬方向を解析するには、前述の精密なデータ較正に加え、観測データに混入する衛星由来の雑音を考慮した到来方向推定手法を確立する必要がある。同問題に対し、経年変化によって搭載センサ間の雑音特性にばらつきが生じた場合を想定した到来方向推定アルゴリズムを新たに考案し、その性能を疑似データを用いて検証した。

热等离子体占磁层等离子体的大部分，在确定地球内部磁层的电磁特性方面发挥着重要作用，但利用目前的卫星观测技术很难测量。该研究项目的重点是等离子波（EMIC波），其传播特性根据热离子的密度和成分而变化，旨在阐明磁层中热离子的特性。第一年，我们将利用科学卫星“Arase”研究内磁层离子回旋（EMIC）波的空间分布和频率特征，并阐明Arase Ta卫星观测到的EMIC事件的统计特性。此外，我们对Arase、范艾伦探测器和地面观测网络三个地点同时观测到的EMIC波进行了详细分析，发现这些EMIC波沿着特定磁场通过极其狭窄的区域传播到地面。另一方面，由于科学卫星的电场强度测量根据周围的等离子体环境而变化，我们将分析在Arase探测器上定期进行的强度校准数据，并同时使用Arase和Van Allen Probes卫星。对比了观测到的VLF波段波的强度，证实了定标结果的有效性。未来，为了分析卫星上观测到的EMIC波的传播方向，除了上述精确的数据校准之外，还需要建立一种考虑卫星衍生的到达方向估计方法。噪声混入观测数据中。为了解决同样的问题，我们设计了一种新的到达方向估计算法，假设机载传感器之间的噪声特性因老化而发生变化的情况，并使用伪数据验证了其性能。

项目成果

Spatial Evolution of Wave‐Particle Interaction Region Deduced From Flash‐Type Auroras and Chorus‐Ray Tracing

从闪光型极光和合唱射线追踪推导的波粒相互作用区域的空间演化

• DOI: 10.1029/2021ja029254
• 发表时间: 2021
• 作者: Ozaki Mitsunori;Inoue Tomohiro;Tanaka Yoshimasa;Yagitani Satoshi;Kasahara Yoshiya;Shiokawa Kazuo;Miyoshi Yoshizumi;Imamura Kousuke;Hosokawa Keisuke;Oyama Shin‐ichiro;Kataoka Ryuho;Ebihara Yusuke;Ogawa Yasunobu;Kadokura Akira
• 通讯作者: Kadokura Akira

Relationship between the locations of the mid‐latitude trough and plasmapause using GNSS‐TEC and Arase satellite observation data

利用 GNSS-TEC 和 Arase 卫星观测数据得出的中纬度海槽位置与等离子层顶之间的关系

• DOI: 10.1029/2020ja028943
• 发表时间: 2021
• 作者: Shinbori Atsuki; Otsuka Yuichi; Tsugawa Takuya; Nishioka Michi; Kumamoto Atsushi; Tsuchiya Fuminori; Matsuda Shoya; Kasahara Yoshiya; Matsuoka Ayako
• 通讯作者: Matsuoka Ayako

A statistical study of EMIC wave-particle interactions in the magnetosphere using Arase observations

使用 Arase 观测对磁层中 EMIC 波粒相互作用的统计研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 田 采祐; 三好 由純; 中村 紗都子; 小路 真史; 北原 理弘; 堀 智昭; 笠原 禎也; 笠羽 康正; 土屋 史紀; 熊本 篤志; 松田 昇也; 浅村 和史; 篠原 育; 松岡 彩子; 横田 勝一郎; 笠原 慧; 桂華 邦裕
• 通讯作者: 桂華 邦裕

Noise Integration Kernel Design for the Wave Distribution Function Method: Robust Direction Finding With Different Sensor Noise Levels

波分布函数法的噪声积分核设计：不同传感器噪声水平下的鲁棒测向

• DOI: 10.1029/2021rs007291
• 发表时间: 2021-09-01
• 期刊: Radio Science
• 影响因子: 1.6
• 作者: Yuji Tanaka;Mamoru Ota;Y. Kasahara
• 通讯作者: Y. Kasahara

Field-aligned low-energy O+ flux enhancements in the inner magnetosphere observed by Arase

Arase 观测到的内磁层中场对准的低能 O 通量增强

• DOI: 10.1029/2021ja029168
• 发表时间: 2021
• 作者: Nose; M.; A. Matsuoka; Y. Miyoshi; K. Asamura; T. Hori; M. Teramoto; I. Shinohara;M. Hirahara
• 通讯作者: M. Hirahara