Phân tích Tần số Cao (HFA) của Thí nghiệm Sóng Plas-ma (PWE) trên tàu vũ trụ Arase

Earth, Planets and Space - Tập 70 - Trang 1-14 - 2018
Atsushi Kumamoto1, Fuminori Tsuchiya1, Yoshiya Kasahara2, Yasumasa Kasaba1, Hirotsugu Kojima3, Satoshi Yagitani2, Keigo Ishisaka4, Tomohiko Imachi2, Mitsunori Ozaki2, Shoya Matsuda5, Masafumi Shoji5, Aayako Matsuoka6, Yuto Katoh1, Yoshizumi Miyoshi5, Takahiro Obara1
1Tohoku University, Sendai, Japan
2Kanazawa University, Kanazawa, Japan
3Kyoto University, Uji, Japan
4Toyama Prefectural University, Imizu, Japan
5Nagoya University, Nagoya, Japan
6ISAS/JAXA, Sagamihara, Japan

Tóm tắt

Phân tích Tần số Cao (HFA) là một hệ thống con của Thí nghiệm Sóng Plasma trên tàu vũ trụ Arase (ERG). Các mục đích chính của HFA bao gồm (1) xác định mật độ số electron xung quanh tàu vũ trụ từ các quan sát sóng cộng hưởng hybrid cao (UHR), (2) đo thành phần trường điện từ của nhạc điệu whistler-mode trong một khoảng tần số trên 20 kHz và (3) quan sát các sóng vô tuyến và plasma được kích thích trong từ quyển ở thời điểm bão. Hai thành phần trường điện AC được phát hiện bởi Ăng-ten Probe Dây và một thành phần trường từ AC được phát hiện bởi Cuộn Tìm Kiếm Từ được đưa vào HFA. Bằng cách áp dụng xử lý tín hiệu tương tự và kỹ thuật số trong HFA, các băng tần của hai trường điện (chế độ EE) hoặc một trường điện và một trường từ (chế độ EB) trong khoảng tần số từ 10 kHz đến 10 MHz được thu thập với khoảng thời gian 8 giây. Đối với quan sát plasmapause, HFA cũng có thể hoạt động ở chế độ PP (plasmapause), trong đó các băng tần của một thành phần trường điện dưới 1 MHz được ghi lại với khoảng thời gian 1 giây. Trong các hoạt động HFA ban đầu từ tháng 1 đến tháng 7 năm 2017, các kết quả sau đã được thu được: (1) Sóng UHR, bức xạ kilômet aurora (AKR), nhạc điệu whistler-mode, sóng điện tĩnh điện electron cyclotron hòa âm, và bức xạ liên tục trái đất không nhiệt đã được HFA quan sát trong điều kiện địa từ tĩnh và bị rối loạn. (2) Trong các hoạt động thử nghiệm của quan sát phân cực vào ngày 10 tháng 6 năm 2017, bức xạ AKR chế độ R-X và L-O cơ bản và chế độ R-X hài số hai AKR từ các nguồn khác nhau ở vùng cực bắc đã được quan sát. (3) Nhận diện tần số UHR bán tự động bằng máy tính và người vận hành đã được áp dụng cho các băng tần của HFA. Trong nhận diện bằng máy tính, chúng tôi đã sử dụng một thuật toán để thu hẹp các ứng viên tần số UHR bằng cách kiểm tra cường độ và băng thông. Sau đó, tần số UHR được xác định bởi máy tính đã được kiểm tra và điều chỉnh nếu cần bởi người vận hành. Mật độ số electron rút ra từ tần số UHR được xác định sẽ hữu ích cho việc nghiên cứu sự tiến hóa của plasmasphere và ionosphere phía trên trong thời gian bão.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Benson RF (1982) Harmonic auroral kilometric radiation of natural origin. Geophys Res Lett 9:1120–1123. https://doi.org/10.1029/GL009i009p01120

Brown LW (1973) The galactic radio spectrum between 130 kHz and 2600 kHz. Astrophys J 180:359–370. https://doi.org/10.1086/151968

Gurnett DA (1975) The Earth as a radio source: the nonthermal continuum. J Geophys Res 80:2751–2763. https://doi.org/10.1029/JA080i019p02751

Gurnett DA, Shaw RR (1973) Electromagnetic radiation trapped in the magnetosphere above the plasma frequency. J Geophys Res 78:8136–8149. https://doi.org/10.1029/JA078i034p08136

Gurnett DA, Huff RL, Kirchner DL (1997) The wide-band plasma wave investigation. Space Sci Rev 79:195–208. https://doi.org/10.1023/A:1004966823678

Hashimoto K (1984) A reconciliation of propagation modes of auroral kilometric radiation. J Geophys Res 89:7459–7466. https://doi.org/10.1029/JA089iA09p07459

Hikishima M et al (2018) Data processing in the software-type wave-particle interaction analyzer on board the Arase satellite. Earth Planets Space. https://doi.org/10.1186/s40623-018-0856-y

Kalaee MJ, Katoh Y (2016) A simulation study of RX-mode waves generation in the equatorial plasmasphere. Iranian J. Geophys. 9(5):1–10

Kasaba Y, Ishisaka I, Kasahara Y, Imachi T, Yagitani S, Kojima H, Matsuda S, Shoji M, Kurita S, Hori T, Shinbori A, Teramoto M, Miyoshi Y, Nakagawa T, Takahashi N, Nishimura Y, Matsuoka A, Kumamoto A, Tsuchiya F, Nomura R (2017) Wire probe antenna (WPT) and electric field detector (EFD) of plasma wave experiment (PWE) aboard Arase: specifications and initial evaluation results. Earth Planets Space. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0760-x

Kasahara S, Yokota S, Mitani T, Asamura K, Hirahara M, Shibano Y, Takashima T (2018a) Medium-Energy Particle Experiments—electron analyzer (MEP-e) for the Exploration of Energization and Radiation in Geospace (ERG) mission. Earth Planets Space. https://doi.org/10.1186/s40623-018-0847-z

Kasahara Y, Kasaba Y, Kojima H, Yagitani S, Ishisaka K, Kumamoto A, Tsuchiya F, Ozaki M, Matsuda S, Imachi T, Miyoshi Y, Hikishima M, Katoh Y, Ota M, Shoji M, Matsuoka A, Shinohara I (2018b) The Plasma Wave Experiment (PWE) on board the Arase (ERG) satellite. Earth Planets Space. https://doi.org/10.1186/s40623-018-0842-4

Katoh Y, Kojima H, Hikishima M, Takashima T, Asamura K, Miyoshi Y, Kasahara Y, Kasahara S, Mitani T, Higashio N, Matsuoka A, Ozaki M, Yagitani S, Yokota S, Matsuda S, Kitahara M, Shinohara I (2018) Software-type wave-particle interaction analyzer on board the Arase satellite. Earth Planets Space 70:4. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0771-7

Kazama Y, Wang B-J, Wang S-Yu, Ho PTP, Tam SWY, Chang TF, Chiang CY, Asamura K (2017) Low-energy particle experiments—electron analyzer (LEPe) onboard the Arase spacecraft. Earth Planet Space. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0748-6

Kurth WS, DePascuale S, Faden JB, Kletzing CA, Hospodarsky GB, Thaller S, Wygant JR (2015) Electron densities inferred from plasma wave spectra obtained by the Waves instrument on Van Allen Probes. J Geophys Res Space Phys 120:904–914. https://doi.org/10.1002/2014ja020857

Matsuda S, Kasahara Y, Kojima H, Kasaba Y, Yagitani S, Ozaki M, Imachi T, Ishisaka K, Kumamoto A, Tsuchiya F, Ota M, Kurita S, Miyoshi Y, Hikishima M, Matsuoka A, Shinohara I (2018) Onboard software of plasma wave experiment aboard Arase: instrument management and signal processing of waveform capture/onboard frequency analyzer. Earth Planets Space. https://doi.org/10.1186/s40623-018-0838-0

Matsuoka A, Teramoto M, Nomura R, Nosé M, Fujimoto A, Tanaka Y, Shinohara M, Nagatsuma T, Shiokawa K, Obana Y, Miyoshi Y, Mita M, Takashima T, Shinohara I (2018) The Arase (ERG) magnetic field investigation. Earth Planets Space. https://doi.org/10.1186/s40623-018-0800-1

Maynard NC, Chen AJ (1975) Isolated cold plasma regions: observations and their relation to possible production mechanisms. J Geophys Res 80:1009–1013. https://doi.org/10.1029/JA080i007p01009

Mellott MM, Huff RL, Gurnett DA (1986) DE-1 observations of harmonic auroral kilometric radiation. J Geophys Res 91:13:732–13,738. https://doi.org/10.1029/ja091ia12p13732

Melrose DB, Hewitt RG, Dulk GA (1984) Electron-cyclotron maser emission: relative growth and damping rates for different modes and harmonics. J Geophys Res 89:897–904. https://doi.org/10.1029/JA089iA02p00897

Miyoshi Y, Morioka A, Obara T, Misawa H, Nagai T, Kasahara Y (2003) Rebuilding process of the outer radiation belt during the 3 November 1993 magnetic storm: NOAA and Exos-D observations. J Geophys Res 108(A1):1004. https://doi.org/10.1029/2001JA007542

Miyoshi Y, Ono T, Takashima T, Asamura K, Hirahara M, Kasaba Y, Matsuoka A, Kojima H, Shiokawa K, Seki K, Seki K, Fujimoto M, Nagatsuma T, Cheng CZ, Kazama Y, Kasahara S, Mitani T, Matsumoto H, Higashio N, Kumamoto A, Yagitani S, Kasahara Y, Ishisaka K, Blomberg L, Fujimoto A, Katoh Y, Ebihara Y, Omura Y, Nosé M, Hori T, Miyashita Y, Tanaka Y-M, Segawa T (2012) The energization and radiation in geospace (ERG) project. In: Summers D, Mann IR, Baker DN, Schulz M (eds) Dynamics of the Earth’s radiation belts and inner magnetosphere. Wiley, Hoboken, pp 103–116. https://doi.org/10.1029/2012gm001304

Nishimura Y, Shinbori A, Ono T, Iizima M, Kumamoto A (2006) Storm-time electric field distribution in the inner magnetosphere. Geophys Res Lett 33:L22102. https://doi.org/10.1029/2006GL027510

Ono T, Oya H, Morioka A, Kumamoto A, Kobayashi K, Obara T, Nakagawa T (1998) Plasma waves and sounder (PWS) experiment on-board the PLANET-B Mars orbiter. Earth Planets Space 50:213–222. https://doi.org/10.1186/BF03352106

Ono T, Kumamoto A, Yamaguchi Y, Yamaji A, Kobayashi T, Kasahara Y, Oya H (2008) Instrumentation and observation target of the Lunar Radar Sounder (LRS) experiment on-board the SELENE spacecraft. Earth Planets Space 60:321–332. https://doi.org/10.1186/BF03352797

Ono T, Kumamoto A, Kasahara Y, Yamaguchi Y, Yamaji A, Kobayashi T, Oshigami S, Nakagawa H, Goto Y, Hashimoto K, Omura Y, Imachi T, Matsumoto H, Oya H (2010) The Lunar Radar Sounder (LRS) Onboard the KAGUYA (SELENE) Spacecraft. Space Sci Rev 154:145–192. https://doi.org/10.1007/s11214-010-9673-8

Oya H (1997) Dynamical Variation of Plasmasphere Revealed by PWS Data onboard the Akebono (EXOS-D) Satellite. J Geomag Geoelectr 49:S159–S178. https://doi.org/10.5636/jgg.49.Supplement_S159

Oya H, Ono T, Kamada T (1981) Stimulation of plasma waves in the magnetosphere using satellite JIKIKEN (EXOS-B), Part-I: observation of plasma resonances. J Geomag Geoelectr 33:3–25. https://doi.org/10.5636/jgg.33.3

Oya H, Morioka A, Obara T (1985) Leaked AKR and terrestrial hectometric radiations discovered by the plasma wave and planetary plasma sounder experiments on board the Ohzora (EXOS-C) satellite—instrumentation and observation results of plasma wave phenomena. J Geomag Geoelectr 37:237–262. https://doi.org/10.5636/jgg.37.237

Oya H, Morioka A, Kobayashi K, Iizima M, Ono T, Miyaoka H, Okada T, Obara T (1990) Plasma wave observations and sounder experiments (PWS) on board Akebono (EXOS-D) satellite. J Geomag Geoelectr 42:411–442. https://doi.org/10.5636/jgg.42.411

Ozaki M, Yagitani S, Kasahara Y, Kojima H, Kasaba Y, Kumamoto A, Tsuchiya F, Matsuda S, Matsuoka A, Sasaki T, Yumoto T (2018) The magnetic search coil (MSC) of plasma wave experiment (PWE) aboard the Arase (ERG) satellite. Earth Planets Space. https://doi.org/10.1186/s40623-018-0837-1

Sheeley BW, Moldwin MB, Rassoul HK, Anderson RR (2001) An empirical plasmasphere and trough density model: CRRES observations. J Geophys Res 106(A11):25,631–25,641. https://doi.org/10.1029/2000ja000286

Wu CS, Qiu XM (1983) Emissions of second-harmonic auroral kilometric radiation. J Geophys Res 88:10,072–10,080. https://doi.org/10.1029/ja088ia12p10072

Thông tin
Thông tin xuất bản

Earth, Planets and Space

Tập 70

1-14

Thông tin tác giả