[P-EM13] Coupling Processes in the Atmosphere-Ionosphere System

[PEM13-P14] 南極観測船「しらせ」搭載イメージャーによる電離圏観測

*山科 佐紀¹、齊藤 昭則¹、坂野井 健²、津田 卓雄³、青木 猛³、江尻 省⁴、西山 尚典⁴、穂積 裕太⁵、直井 隆浩⁵、永原 政人⁵ (1.京都大学大学院理学研究科、2.東北大学大学院理学研究科惑星プラズマ・大気研究センター、3.電気通信大学大学院情報理工学研究科、4.国立極地研究所、5.情報通信研究機構)

キーワード：大気光、オーロラ

オーロラや大気光といった電離圏の現象は、地上に形成されたイメージャーネットワークによって観測が行われてきた[e.g., Shiokawa et al., 1999]ため、海上に位置する電離圏は十分に観測が行われず、観測空白領域が生じていた。特に海洋の占める割合の多い南半球で観測空白領域が大きくなっていたが、これらの観測空白領域を解消すると、南北半球間での現象の相違[e.g., Fukushima et al., 2017]を捉える機会が増えたり、海陸が中間圏や[e.g., Hozumi et al., 2019]電離圏に与える影響の有無を裏付ける観測を行ったりする事が可能となる。また、国際宇宙ステーション（ISS）から630.０nm大気光を観測した先行例[e.g., Nakata et al., 2018]も見られるが、人工衛星を利用した観測では紫外域の大気光のみが観測されている[e.g., Immel et al., 2003]。したがって、このような観測空白領域の解消を目的に、船舶搭載型イメージャーを用いた海上からの電離圏観測を実施した。第61～63次南極地域観測（JARE61～63）において、南極観測船「しらせ」に全天イメージャーを搭載し、日本と昭和基地間の航路で多波長観測を行なった。観測期間は、JARE61は 2019年11月から2020年3月、JARE62は 2020年11月から2021年2月、JARE63は2021年11月から2022年3月であった。JARE61では露出時間19秒でOI 630.0nm大気光を観測し、JARE62では露出時間9秒でOI 630.0nm大気光と670.0nm大気光を観測し、JARE63では露出時間18秒でOI 630.0nm大気光と760.0nm大気光を撮影した。670.0nm, 760.0nm大気光はどちらも電離圏E領域でのN₂ 1PGオーロラやOH大気光に対応する。これらのイメージャーは船舶の揺動を打ち消す3 軸姿勢安定ジンバルに搭載され、船の揺動を極力受けずに撮影する設計となっている。撮影された画像にはファンライン効果及び周辺減光を考慮した光学補正を適用し、発光高度を仮定(630.0nm大気光では高度250km、670.0nm,760.0nm大気光では高度100kmを仮定)して地理座標画像に変換することで、観測された現象の構造を把握する。JARE61ではオーロラと大気光の観測に成功し、JARE62では大気光が観測された。JARE63については初期解析の段階だがオーロラの観測に成功している。これらの現象について、JARE62から本システムに導入したGNSS受信機による全電子数観測データや、他の衛星観測・地上観測データとの比較を行い、船舶からの電離圏光学観測の精度評価を行うだけでなく、伝搬性電離圏擾乱(TID)等の解析を行っていく。

References
・Fukushima, D., Shiokawa, K., Otsuka, Y. et al. (2017). Geomagnetically conjugate observations of ionospheric and thermospheric variations accompanied by a midnight brightness wave at low latitudes. Earth Planets Space 69, 112. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0698-z
・Hozumi,Y., Saito, A., Sakanoi, T., Yamazaki, A., Hosokawa, K., & Nakamura, T. (2019). Geographical and seasonal variability of mesospheric bores observed from the International Space Station. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124. https:// doi.org/10.1029/2019JA026635
・Immel, T. J., Mende, S.B., Frey, H.U., Peticolas, L.M., & Sagawa, E. (2003). Determination of low latitude plasma drift speeds from FUV images. Geophys Res Lett, 30, 1945. https://doi.org/10.1029/2003GL017573
・Nakata, H., Takahashi, A., Takano, T. et al. (2018). Observation of equatorial plasma bubbles by the airglow imager on ISS-IMAP. Prog Earth Planet Sci 5, 66. https://doi.org/10.1186/s40645-018-0227-0
・Shiokawa, K., et al. (1999). Development of Optical Mesosphere Thermosphere Imagers (OMTI). Earth Planets Space, 51, 887–896.