[P-EM12] Coupling Processes in the Atmosphere-Ionosphere System

[PEM12-29] オーロラ撮像用ハイパースペクトルカメラ(HySCAI)で観測された天文薄明時の高高度ブルーオーロラのスペクトル

* 居田 克巳¹、吉沼 幹朗¹、海老原 祐輔²、塩川 和夫³ (1.核融合科学研究所、2.京都大学生存圏研究所、3.名古屋大学宇宙地球環境研究所)

キーワード：ハイパースペクトルカメラ、天文薄明、オーロラ共鳴散乱、太陽光の影の高さ

オーロラ物理を研究するために、2次元（2D）オーロラ画像をフルスペクトルで提供できるオーロラ撮像用ハイパースペクトルカメラ（HySCAI）を開発した。HySCAIは、全天レンズ、モニターカメラ、ガルバノスキャナー、回折格子分光器、電子増倍電荷結合素子（EM-CCD）から構成されている。ガルバノスキャナは、分光器のスリット像を全天画像面上でスリットに垂直な方向に走査することができる。HySCAIには2つのグレーティングがあり、1つは500溝/mmで400-800 nmの広いスペクトルを2.1 nmのスペクトル分解能(FWHM)でカバーし、もう1つは1500溝/mmで0.73 nmの高いスペクトルを123 nmの狭いスペクトルでカバーすることができる。このシステムをスウェーデンのキルナにあるSSC（スウェーデン宇宙公社）のKEOPS（Kiruna Esrange Optical Platform Site）に設置した[1]。2023年の10 月に観測を開始し、オーロラ爆発の電子の平均的振込みエネルギーを630.0 nmと427.8 nmの発光線の強度比から1.6keVと評価した[2]。

バンドパスフィルタを搭載した全天カメラでは、太陽光による背景放射が混入するため、天文薄明時のオーロラ発光を定量的に測定することは困難である。これに対して、HySCAIでは、スペクトルのバックグラウンドを差し引くことで、正確なオーロラ発光強度を得ることができる。高高度の青いオーロラ発光のスペクトルを朝の天文薄明時にHySCAIで観測した。N₂⁺ 1NG (0, 1) (427.8 nm)発光のオーロラ共鳴散乱[3]は、天文薄明初期の03:07:22 UTCに東から増加し始め、その後の天文薄明中期の03:43:22 UTCでは、この共鳴散乱発光の増加は磁気天頂（画像）まで広がっていった。体積放出率を共鳴散乱発光の立ち上がり（発光強度の時間微分）から評価した。N₂⁺ (427.8nm)の体積放出率は、GLOWモデル[4]ではN₂⁺ (427.8nm)の発光がピークとなる高度が120kmと予測されていたが、本観測では太陽光の影の高さが200kmになったときに最大となることがわかった。HySCAIで観測された共鳴散乱発光ピークの高度が予想より高いことは、上昇したN₂⁺イオンが太陽光オーロラの原因であるという考えを支持するものであるが、「N₂⁺は上昇したO⁺の電荷交換によって生成される」という別のメカニズムの可能性も否定できない[5]。

[1] Homepage https://projects.nifs.ac.jp/aurora/en/
[2] M.Yoshinuma, K.Ida, Y.Ebihara, Earth, Planets and Space 76 (2024) 96.
https://www.eurekalert.org/news-releases/1052684
https://sj.jst.go.jp/news/202410/n1007-01k.html
[3] K.Shiokawa, Y.Otsuka, & M.Connors, Journal of Geophysical Research: Space Physics,124 (2019) 9293.
[4] S.C.Solomon, J. Geophys. Res. Space Phys. 122 (2017) 7834.
[5] L.Wallace and M.B. McElroy, Planet, Space Sci. 14 (1966) 677.