SuperDARN HFレーザーによる高緯度電離圏Pc3-4脈動現象に関する研究

• Main Authors: 新海 雄一, シンカイ ユウイチ, Yuichi SHINKAI
• Format: Thesis
• Language: Japanese
• Published: 2004
• Subjects: EISCAT; Iceland
• Online Access: https://ir.soken.ac.jp/?action=repository_uri&item_id=823; http://id.nii.ac.jp/1013/00000823/

地球磁気圏では様々な電磁流体波が存在する。この中で、周期が10秒～150秒（6.6mHz～100mHz）の脈動はPc3-4地磁気脈動に分類され、昼側の磁気圏および地上で頻繁に観測される現象である。頻繁に観測されるこの脈動を本論文では古典的Pc3-4脈動と呼ぶ。古典的Pc3-4脈動は地球磁気圏前面のBowshock上流のイオンサイクロトロン不安定性によって発生し、それが磁気圏シース領域を経て、地球磁気圏内に伝播してきていると考えられている。しかし、磁気圏シース領域内でのPc3-4脈動の特性はあまり明らかになっていない。また、地上の磁力計や電離圏の観測から、Pc3-4脈動の強度が磁気圏シース領域とつながっていると考えられる高緯度カスプ域で最大となることが報告されているが、その伝播機構についてもあまり明らかにされていない。本研究では、磁気圏シース領域と電離圏カスプ域を含む高緯度電離圏でのPc3-4脈動を同時に観測し、その現象の特性を詳しく解析・研究することにより、Pc3-4脈動の発生・伝播機構を明らかにすることを目的としている。 この目的の為に、南北両極域の広域電離圏を観測するSuperDARN HFレーダーと磁気圏シース領域を観測するGEOTAIL衛星との同時特別観測を企画・実施した。この特別観測では、SuperDARN HFレーダーはPc3-4脈動を検出するために特定のビームのみを高時間分解能モードで観測した。特別観測は2002年1月から2003年3月までの間、GEOTAIL衛星がSuperDARN HFレーダーの視野下を通過する軌道に合わせて7回実施した。また、2003年からは、CUTLASSレーダーではステレオモードを用い、グローバルスキャン観測も同時に実施している。その結果、2002年2月12日と2003年2月17日に明瞭なPc3-4脈動を観測することができ、その詳細な解析・研究を行った。 2002年2月12日の観測では、これまでのHFレーダー観測では報告されていないPc3-4脈動現象がCUTLASS Iceland Eastレーダーで観測された。この脈動の周波数は16.4mHz～19.7mHz（約50秒～60秒）であり、波数は5～9と小さかった。波数が小さい脈動は地上でも同様な地磁気脈動が観測されることが知られている。しかし、地上に存在する地磁気観測点では同じ周期の磁場変動は観測されなかった。また、エコーパワーがドップラー速度と同様に周期的に変動し、相互の位相差が90゜であった。この脈動現象に、過去の研究でPc3-4脈動の発生・伝播機構であると考えられている磁力線共鳴を適用した場合には、本観測で得られている脈動の特徴を十分に説明することはできなかった。そのため、エコーパワーが周期的な変動をしていることと、1keV以下の電子のフラックスがエコー領域内で増加したことから、本観測で得られた電離圏電場脈動は、Pc3-4脈動によってmodulateされた電子フラックスの振込みによって励起された電離圏電場の変動であると考えた。その結果、地上磁場との相関や、エコーパワーとドップラー速度の位相差、および脈動の伝播方向について説明することができた。このため、観測された電離圏電場脈動は、古典的なPc3-4脈動ではなく、電子の振込みによって発生した電場変動であると結論した。 2003年2月17日に行われた観測では、より明瞭なエコーを得るために、CUTLASS HFレーダーの視野内にあるEISCATヒーターによる電離圏加熱実験も合わせて行った。その結果、地磁気の南北方向を視野とするCUTLASS Finlandレーダーにおいては周波数が13.1mHz～16.4mHz（約60秒～75秒）の明瞭なPc3-4脈動が観測された。一方、地磁気の東西方向を視野とするCUTLASS Iceland Eastレーダーでは、同じ加熱領域から周波数が～4.7mHz（約212秒）のPc5脈動が同時に観測された。この特性は、Pc3-4脈動は南北方向に偏った振動を、Pc5脈動は東西方向に偏った振動をしていることを示唆している。このPc3-4脈動は波数が50～100と大きく、この電離圏脈動に対応する地磁気脈動は地上の地磁気観測点で観測されていなかった。一方、Pc5脈動は波数が～10であり、多くの地磁気観測点で観測されていた。また、この二つの脈動の開始時刻にはずれがあり、異なる発生機構による脈動が同一磁力線上に存在していたことを示唆している。このPc3-4脈動の発生機構は、脈動の特性がGiant ...