[P-EM14] 太陽地球系結合過程の研究基盤形成

[PEM14-06] 次世代太陽風観測:プロジェクトの進捗と科学検討

*岩井 一正¹、藤木 謙一¹、磯貝 拓史¹、加賀尾 勇典¹、竹原 大智¹、森島 啓太¹、渡部 温¹、佐藤 葉緒¹ (1.名古屋大学 宇宙地球環境研究所)

キーワード：太陽風、コロナ質量放出、太陽圏、宇宙天気、フェーズドアレイ

太陽から噴き出す高速のプラズマ流である太陽風は地球電磁気圏と相互作用し擾乱の要因となる。太陽地球系結合過程を理解するためには、太陽風プラズマの流れと、それに対応する地球電磁気圏の応答過程を解明することが必要となる。太陽風中の擾乱が電波を散乱することで惑星間空間シンチレーション（IPS）現象が発生する。地上の電波望遠鏡を用いたIPS観測はグローバルな太陽圏構造を理解する上で重要な手法となってきた。名古屋大学ではIPS観測の高精度化を通して太陽地球系結合過程の理解に貢献することを目的として、次世代太陽風観測装置プロジェクトを進めている。本計画では、国内３箇所に約4000平方メートルの物理開口面積を持ち、327MHzに感度をもつ平面フェーズドアレイアンテナを建設し、そこにデジタルフェーズドアレイ装置を搭載することで、多数の方向を同時に観測できる次世代太陽風観測装置を開発する。これを用いた太陽風の多方向同時観測で、既存装置の10倍の太陽風観測を実現する。2024年度に基盤研究(S)に採択され、建設に向けて大きく前進した。現在Phase-IIプロジェクトとして最初の基地局となる富士観測所に計画の約30％に相当する規模のアレイの開発を行っている。本発表ではその進捗を報告する。
　アレイを構成するアンテナエレメントにはダイポールアンテナを選定し、観測帯域に最適化したアンテナを試作した。アンテナエレメントは16本をアナログ系で合成し、増幅する。そのための低雑音な受信系を検討し、試作を行った。合成信号はアナログ受信系の近くでADCにてデジタル化し、デジタル信号は光ファイバーでFPGAで構成された信号処理装置に伝送され、8ビームが同時に合成される。較正信号を用いた実験では信号処理装置が適切に動作することが分かり、現在量産に向けた準備を進めている。
　本計画はIPS観測を通して太陽風の加速過程の解明や、グローバルな太陽圏構造やその変動の理解、宇宙天気予報の高精度化を目指す。また、地球電磁気圏・大気圏の観測網と連携することで太陽地球系結合過程の統一的な理解に貢献する。そのための科学検討を既存のIPS観測装置や数値シミュレーションを用いて進めている。特に2024年5月上旬には顕著な地磁気嵐が発生したが、その前日に地磁気嵐の原因となった太陽嵐のIPS観測に成功した。また太陽風の流源や加速過程の理解目的とし、既存のIPS観測装置とHinode衛星との共同観測が実施された。Hinode衛星で観測された太陽コロナのデータとIPS観測で得られた惑星間空間の太陽風データとを磁力線で接続することで、太陽と惑星間空間の関係がより詳細に理解できることが期待される。これらの科学検討と並行し、太陽地球系のより幅広い用途に活用できるデータベースの構築に向けた準備も進められている。