脈動オーロラに関する波動－粒子相互作用と電流構造の解明

阐明与脉动极光相关的波粒相互作用和电流结构

• 批准号: 20J11829
• 负责人: 吹澤 瑞貴
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11829/
• 关键词: 脈動オーロラ; 電離圏; コンピュータトモグラフィ; 磁気圏-電離圏結合; 波動-粒子相互作用; 磁気圏; ピッチ角散乱

当該年度の研究では、逆問題解析手法 Aurora Computed Tomography (ACT) を用いて、多点オーロラ画像から、降下電子の2次元分布と脈動オーロラ発光強度3次元分布の復元を行った。ACT法は、ベイズモデルに基づき、観測データが得られたときに降下電子フラックスが得られる事後確率を最大化することでオーロラ画像から降下電子フラックスを再構成する。従来から提案されていた手法では、この事後確率を最大化するための最小化関数が、観測画像と擬似画像の残差自乗和の項と降下電子フラックスのエネルギー・空間方向の2階微分の項の和で表されていた。本研究では、各項の重みとして新たなパラメータを追加した。また、3台のカメラの相対感度を補正するパラメータも追加した。そして、それらのパラメータを交差検証法により推定した。また、ACT法を行う前に、背景で発光している一様なオーロラ発光を差し引くことで、画像の信号対雑音比を向上させた。その結果、地上３地点で観測された単一波長 (427.8 nm) のオーロラ画像から降下電子フラックスの全エネルギーと特性エネルギーの水平分布の再構成に成功した。そして、モデルオーロラや電離圏電子密度の観測データを用いた検証の結果、十分な精度で再構成が行われていることが確認された。本研究により、衛星やロケットでは直接観測することが困難な脈動オーロラ中の降下電子の２次元分布やオーロラ発光強度の３次元分布を、地上多地点に設置されたカメラにより取得された観測画像から十分な精度で再構成することができることが確かめられた。今後は、2023年から観測を開始するEISCAT_3Dレーダーによって取得された電離圏3次元観測データと組み合わせて、脈動オーロラに関する電流3次元構造を再構成し、磁気圏-電離圏結合過程の理解に貢献することが期待される。

Aurora Computed Tomography (ACT) is used in this year's research, and the inverse problem analysis method is used in the multi-point image, the two-dimensional distribution of falling electrons, and the three-dimensional distribution of light intensity. ACT method is to maximize the accuracy of the image obtained by lowering the electron density and reconstructing it. A method of maximizing the accuracy of the image is proposed. A method of minimizing the correlation of the image. This study is based on the following: 3 sets of phase sensitivity correction The law of the land is the law of the land, and the law of the land is the law of the land. The ACT method is used to detect the background light and to detect the background light. As a result, the horizontal distribution of the three above-ground sites measured at a single wavelength (427.8 nm) was reconstructed successfully. The results of the test and the reconstruction of the electron density of the ionization region are confirmed by the method of "high precision". In this study, satellite images are measured directly, and the two-dimensional distribution of electrons in the pulsations, the three-dimensional distribution of light intensity, and the three-dimensional distribution of light intensity in the terrestrial multi-site settings are obtained. From now on, EISCAT_3D measurement will be started in 2023. It is expected that the three-dimensional current structure will be reconstructed and the magnetic field-ionization combination process will be understood.

项目成果

全天カメラとEISCATレーダー観測による脈動オーロラ中の電子密度高度分布の統計解析とトモグラフィ解析による脈動オーロラ発光強度3次元分布の再構成

利用全天相机和EISCAT雷达观测对脉动极光电子密度高度分布进行统计分析，并利用断层扫描重建脉动极光发射强度的三维分布

• 发表时间: 2020
• 作者: 吹澤瑞貴;坂野井健;田中良昌;小川泰信;Bjorn Gustavsson;Kirsti Kauristie;Carl-Fredrik Enell;Alexander Kozlovsky;Tero Raita;Urban Brandstrom;Tima Sergienko
• 通讯作者: Tima Sergienko

Statistical Study of Electron Density Enhancements in the Ionospheric F Region Associated With Pulsating Auroras

• DOI: 10.1029/2021ja029601
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: M. Fukizawa;T. Sakanoi;Y. Ogawa;T. Tsuda;K. Hosokawa

Reconstruction of the three-dimensional structure and precipitating electrons of pulsating auroras by Aurora Computed Tomography

极光计算机断层扫描重建脉动极光的三维结构和沉淀电子

• 发表时间: 2021
• 作者: Mizuki Fukizawa;Takeshi Sakanoi;Yoshimasa Tanaka;Yasunobu Ogawa;Bjorn Gustavsson;Kirsti Kauristie;Carl-Fredrik Enell;Alexander Kozlovsky;Tero Raita;Urban Brandstrom;Tima Sergienko
• 通讯作者: Tima Sergienko

Relationship between ECH waves, ionospheric F-region ionization and pulsating aurora based on ground-based optical, EISCAT and Arase satellite observations

基于地基光学、EISCAT 和 Arase 卫星观测的 ECH 波、电离层 F 区电离和脉动极光之间的关系

• 发表时间: 2020
• 作者: Mizuki Fukizawa;Takeshi Sakanoi;Yasunobu Ogawa;Keisuke Hosokawa;Yoshiya Kasahara;Shoya Matsuda;Ayako Matsuoka
• 通讯作者: Ayako Matsuoka

Reconstruction of the three-dimensional structure and precipitating electrons of pulsating auroral patches by Aurora Computed Tomography

极光计算机断层扫描重建脉动极光斑块的三维结构和沉淀电子

• 发表时间: 2021
• 作者: Mizuki Fukizawa;Takeshi Sakanoi;Yoshimasa Tanaka;Yasunobu Ogawa;Bjorn Gustavsson;Kirsti Kauristie;Carl-Fredrik Enell;Alexander Kozlovsky;Tero Raita;Urban Brandstrom;Tima Sergienko
• 通讯作者: Tima Sergienko