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。

占大量磁层等离子体的热等离子体在确定地球内部磁层的电磁特性方面起着重要作用，但使用当前的卫星观察技术很难测量。该研究主题着重于等离子体波（EMIC波），该血浆波会根据热离子的密度和组成来改变其传播特性，并旨在阐明磁层内热离子的特性。在第一年，使用科学的卫星“ Arase”来阐明内部磁层内离子回旋（EMIC）波的空间分布和频率特征，靶向弧卫星观察到的EMIC事件，并阐明离子气旋（EMIC内部）波的空间分布和频率特征的统计特性。此外，我们分析了在三个点上同时观察到的EMIC波：Van Allen探针和地面观察网络，并揭示了这些EMIC波通过沿特定磁力的极狭窄区域传播到地面。另一方面，由于科学卫星的电场强度测量结果取决于周围的等离子体环境，因此我们分析了定期在Arrena机器上执行的强度校准数据，并比较了VLF带波的强度，同时在Arrena和Van Allen探针卫星上同时观察到了校准的验证量。将来，为了分析在卫星上观察到的EMIC波的传播方向，除了上述精确的数据校准外，还必须建立一种方法来估计到达方向，考虑到从卫星中得出的噪声，这些噪声将被混合到观察到的数据中。为了应对这个问题，设计了一种新的到达估计算法的方向，以假设由于衰老而发生的固定传感器之间的噪声特性变化，并且使用伪数据验证了该方法的性能。

项目成果

FPGA を用いた帯域分割型ス ペクトルマトリクス演算モジュールの開発

利用FPGA开发分带光谱矩阵计算模块

• 发表时间: 2021
• 作者: 川合 真広;笠原 禎也
• 通讯作者: 笠原 禎也

Ray tracing study on magnetospheric propagation and ionospheric exit point of multiple VLF conjugate events between Arase and Kannuslehto, Finland

芬兰Arase和Kannuslehto之间多次VLF共轭事件磁层传播和电离层出口点的射线追踪研究

• 发表时间: 2021
• 作者: C. Martinez-Calderon;Y. Katoh;O. Santolik;M. Hanzelka;J. K. Manninen;Y. Kasahara;S. Matsuda;A. Kumamoto;F. Tsuchiya;A. Matsuoka;I. Shinohara;M. Kitahara;S. Nakamura;K. Shiokawa;Y. Miyoshi
• 通讯作者: Y. Miyoshi

プラズマ波動の分散関係に基 づいた伝搬方向推定手法の検討とあらせ衛星観測データへの適用

基于等离子体波色散关系的传播方向估计方法及其在Arara卫星观测数据中的应用研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 古俣 圭佑;笠原 禎也;田中 裕士;松田 昇也;太田 守;土屋 史紀;熊本 篤志;松岡 彩子
• 通讯作者: 松岡 彩子

The influence of EMIC (ElectroMagnetic Ion Cyclotron) wave-interaction on energetic protons in the magnetosphere using Arase observations

使用 Arase 观测，EMIC（电磁离子回旋加速器）波相互作用对磁层中高能质子的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Jun;C.-W.;Y. Miyoshi;S. Nakamura;S. Imajo;M. Shoji;C. Yue;J. Bortnik;L. Lyons;Y. Kasahara;Y. Kasaba;F. Tsuchiya;A. Kumamoto;S. Matsuda;K. Asamura;I. Shinohara;A. Matsuoka
• 通讯作者: A. Matsuoka

Evening Side EMIC Waves and Related Proton Precipitation Induced by a Substorm

• DOI: 10.1029/2020ja029091
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: A. Yahnin;T. Popova;A. Demekhov;A. Lubchich;A. Matsuoka;K. Asamura;Y. Miyoshi;S. Yokota;S. Kasahara;K. Keika;T. Hori;F. Tsuchiya;A. Kumamoto;Y. Kasahara;M. Shoji;Y. Kasaba;S. Nakamura;I. Shinohara;H. Kim;S. Noh;T. Raita