第6回極域科学シンポジウム[OS] 宙空圏11月16日（月）　国立極地研究所１階交流アトリウ

Hosokawa Keisuke

Inoue Keiichi

Otsuka Yuichi

Shiokawa Kazuo

井上 恵一

塩川 和夫

大塚 雄一

細川 敬祐

National Institute of Polar Research Repository

  全天イメージャと非干渉散乱レーダーを用いた２つのタイプの極冠オーロラの比較解析   井上恵一 1、細川敬祐 1、塩川和夫 2、大塚雄一 2 1電気通信大学大学院情報理工学研究科 2名古屋大学太陽地球環境研究所  Comparison of two types of polar cap aurora: Simultaneous observations with ASI and ISR at Resolute Bay, Canada  Keiichi Inoue1, Keisuke Hosokawa1, Kazuo Shiokawa2 and Yuichi Otsuka2 1University of electro-communications 2Solar-Terrestrial Environment Laboratory, Nagoya University   Polar cap auroras frequently appear in the polar cap region during the northward IMF conditions. In general, the polar cap is defined as a region of open magnetic field lines; thus, the polar cap aurora should be a phenomenon which originates from the magnetospheric lobe or solar wind. In this study, however, the term “polar cap aurora” is simply used as auroral features which appear at the polar cap latitudes. In the past studies, polar cap auroras have been roughly classified into the following two types. One is a single isolated arc showing relatively small time variation. This type of arc has a structure extending towards the sun and then is sometimes called as sun-aligned arc (SAA). The other type of polar cap aurora is composed of multiple arcs propagating poleward intermittently and is sometimes called as poleward-moving auroral arcs (PMAA). This type of polar cap aurora is mostly observed in the morning side. The source regions and generation mechanisms of these two types of polar cap aurora have not been revealed so far. In particular, for the latter type, its generation mechamism has not been understood at all mainly due to limitations in the time resolution of the radio and optical observations. To answer these questions, we have carried out simultaneous observations of polar cap aurora by using an all-sky airglow imager (Optical Mesosphere Theremosphere Imagers: OMTIs) and an incoherent scatter radar (Resolute Bay Incoherent Scatter Radar: RISR) at Resolute bay, Canada. Then, we investigated temporal-spatial evolution of the parameters of plasma in the vicinity of the arcs. Especially, we clarified the differences between an isolated single arc on the nightside (SAA-type) and multiple arcs propagating poleward in the morning side (PMAA-type).  During two intervals respectively on November 14, 2009 and January 6, 2013, the SAA-type and PMAA-type polar cap auroras were observed at Resolute Bay. The one observed on November 14, 2009 is categorized as the SAA-type. According to the radar observation, the SAA showed a velocity shear structure of ±900 m/s. In this case, since the direction of line-of-sight (LOS) and the shear structure are almost parallel, we have assumed that the background convection speed and projection of LOS ion velocity to the horizontal plane are identical. We also examined the altitude distribution of the electron density variation associated with SAA. By subtracting an 1-hour average profile, we estimated the altitude of the peak electron density to be around 230 km. The event observed on January 6, 2013 is categorized as PMAA-type in the morning side. According to the optical observation, PMAA was moving poleward at a speed of 200-300 m/s. During this interval, the radar observations showed an existence of velocity shear structure of ± 500 m/s superimposed on the background convection of ~200 m/s. This result indicates that PMAA was moving with the background convection velocity. In addition, the magnitude of the shear structure should have been underestimated because the radar beam direction and the motion of PMAA were almost perpendicular. Therefore, the shear structure of PMAA could be comparable to the shear structure seen in the case of SAA (± 900 m/s). We also investigated the altitude profile of the electron density during PMAA and found that the peak altitude of PMAA was around 210 km. This result indicates that the energy of precipitating electrons was several hundred eV. In summary, we found that the two types of polar cap aurora (PMAA and SAA) have similar electrodynamic structures and precipitation characteristics. This implies that the source of SAA and PMAA is common in the magnetosphere.  極冠オーロラは，IMF が北向きのときに，磁気緯度 75°以上の極冠域で頻繁に観測される現象である．極冠域は開いた磁力線の領域として定義されるため，本来，極冠オーロラは太陽風もしくは磁気圏ローブ領域にその起源を持つものを指すが，本研究では極冠の緯度に現れるオーロラを広く示すものとして用いる．極冠オーロラは，過去の研究から，大きく 2 つのタイプに分類されることが知られている．１つは，孤立した状態で現れる比較的時間変化の少ないアークで，太陽方向に伸びた構造をしており，Sun-aligned	 arc（SAA）とも呼ばれるものである．もう１つは Poleward-moving	 auroral	 arcs（PMAA）と呼ばれ，複数のアークが極方向に間欠的に伝搬する時間変化の激しい極冠オーロラである．この種の極冠オーロラは，朝側の地方時で観測されることが多いが，時間分解能の限界のために，解明されていない部分が多い．これら 2 つのタイプの極冠オーロラは，発生の物理メカニズムやソース領域が異なることが予想されるが，特に後者のタイプについては，未だにその起源が明らかになっていない．これは，2 つのタイプの極冠オーロラについて，その近傍の電磁気学的構造を直接的に比較し，相違点を明らかにすることが行われて来なかったことに起因する．本研究では，カナダレゾリュートベイに設置されている全天大気光イメージャ（Optical	 Mesosphere	 Theremosphere	 Imagers:	 OMTIs）と非干渉散乱レーダー（Resolute	 Bay	 Incoherent	 Scatter	 Radar:	 RISR）を組み合わせて，極冠オーロラの同時観測を行い，アーク周  辺におけるプラズマのパラメータの時空間発展について調べた．特に，孤立型のアークが存在する場合（SAA）と，朝側で複数のアークが極方向に伝搬する場合（PMAA）についてその電磁気学的構造を直接的に比較し，それぞれの極冠オーロラの性質と起源を明らかにすることを目的とする．この目的のために，2009 年 11 月 14 日と 2013 年1 月 6 日に得られた 2 つの同時観測事例の解析を行った．	 2009 年 11 月 14 日に得られた同時観測事例においては SAA 型の極冠オーロラが観測された．レーダー観測から，SAA の近傍には	 ±	 900	 m/s	 程度の対流速度のシア構造が存在していることが分かった．この見積もりでは，レーダーの視線方向とシア構造がほとんど平行であったことから，視線方向イオン速度の水平面への射影が背景の対流に一致すると仮定している．次に，SAA の電子密度高度分布を調べた．極冠オーロラの発生時間の前後一時間の平均プロファイルからの差分を導出し，オーロラによる電子密度のピーク高度を求めた．その結果，SAA のピーク高度は	 230	 km	 であることがわかった．2013 年１月 6 日に得られた同時観測事例においては PMAA 型の極冠オーロラが観測された．光学観測から PMAA は極方向に	 200-300	 m/s	 で運動していることが分かった．このとき，レーダー観測から，200	 m/s 程度の背景対流に乗って，±	 500	 m/s 程度のシア構造がアークの近傍に存在していることが分かった．この結果は PMAA の運動と背景対流速度がほぼ一致していることを示している．また，レーダーの視線方向と PMAA の運動方向がほとんど直交することから，シア構造のイオン速度は真の値より過小評価されていると考えると，PMAA のシア構造は，SAA のシア構造（±	 900	 m/s）と同程度の速度を持つことも分かった．PMAAに伴う電子密度変動の高度分布を調べたところ，電子密度増大のピーク高度は	 210	 km	 程度であることがわかった．この結果は，降下粒子のエネルギーが数百	 eV であることを示している．また，PMAA と SAA のピーク高度の比較から，どちらも似通ったソース領域を持つことが推測される．以上の結果から，PMAA と SAA は似通った電磁気学的構造とソース領域を持つと考えられる．今後は高空間分解能のデータを用いることで，空間構造をより正確に導出していくとともに，エネルギー分布と広域構造にも着目した考察を行っていく予定である．	  

Comparison of two types of polar cap aurora: Simultaneous observations with ASI and ISR at Resolute Bay, Canada

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Comparison of two types of polar cap aurora: Simultaneous observations with ASI and ISR at Resolute Bay, Canada

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