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研究科各専攻について

素粒子宇宙物理学 宇宙地球物理系

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大気圏環境変動(AM)

我々の生活に密接に関連する地球大気環境が研究の対象で、オゾン層破壊や地球温暖化のような地球規模の環境変化や地域的な環境汚染などが起きるメカニズムを解明し、環境問題の解決に寄与することを目的として以下のような研究を行っている。
a)電波(ミリ波・サブミリ波)・赤外線などの最新技術を使用して、大気中の微量気体成分を高感度で測定する新しい計測装置の開発を行う。
b)大気中の微量気体成分やエアロゾルの観測を行い、オゾン層破壊や地球温暖化に関連する物質の変動を調べ、その要因と大気環境への影響を明らかにする。
c)実験室内で、大気中での化学反応やエアロゾル生成過程を再現し、反応過程や生成したエアロゾルの物理化学特性を調べる。
d)太陽活動に伴い、地球の極域に降り注ぐ高エネルギー粒子が大気環境に与える影響を南極昭和基地や北欧での観測をもとに明らかにする。
e)地球以外の惑星の大気について電波望遠鏡等の地上からの観測装置で調べ、地球大気との比較等を通してその特徴を明らかにする。


宇宙空間物理学観測(SSE
a:EISCATグループ  b:地上ネットワーク観測グループ  c:宇宙惑星空間探査グループ

地球の超高層大気から近傍の宇宙空間まで広がる領域はジオスペースと呼ばれ、国際宇宙ステーションや各種実用・科学人工衛星に代表される様々な宇宙機が飛翔している。 現代社会において必要不可欠な社会基盤が展開するジオスペースでは、太陽コロナから吹き付ける太陽風プラズマと惑星間空間磁場、地球固有磁場と電磁気圏プラズマ、下層大気からの力学的エネルギーと物質輸送が複雑に作用しあうことで、地球極域にはオーロラが出現し、静止軌道付近では宇宙嵐と呼ばれる大規模変動が引き起こされている。 電磁気圏プラズマに代表される宇宙プラズマと惑星磁場、中性・電離大気の相互作用は、太陽系内のみならず遠方宇宙でも基礎的かつ普遍的な素過程である。 従って、地球近傍の宇宙空間・超高層大気で起きている諸物理機構・変動現象を解明することは、宇宙開発に対する社会貢献だけでなく、宇宙に関する基礎的・普遍的科学知見の獲得を意味する。 本研究グループでは、最先端の科学観測機器を独自に開発し、海外・国内での地上フィールド観測と探査機を用いた宇宙空間での直接観測を両輪とした観測的・実験的研究を行い、この領域における物理素過程と変動現象を解明していく。
a)北欧において、大型のレーダー装置を含む各種レーダー、ナトリウム温度・風速ライダー、ファブリペロー干渉計、オーロライメージャなどを用いた国際協力による大規模な拠点観測を実施。
b)北極圏から日本、赤道域にわたる広い範囲で、オーロラ・大気光の分光・電波機器群による世界に類を見ない国際ネットワーク観測を展開。
c)宇宙空間・惑星大気を満たすプラズマ・中性粒子を測定するため、地球・惑星探査機、観測ロケットに搭載する分析器を研究・開発し、国内・国際協力を基盤とする探査・観測計画を提案・推進。


太陽宇宙環境物理学(SST

太陽宇宙環境システムの総合研究を、理論・シミュレーション・衛星及び地上観測データの解析を駆使することによって多角的に実施している。 我々が生きる星“地球”とその周辺の宇宙空間(ジオスペース)は母なる星“太陽”と強くつながり、一つのシステムを形作っている。 このため、地球環境は太陽と宇宙から絶えず影響を受け続けている。 SST研は、太陽と地球が織りなすこの広大なシステムの謎を学際的に探ることができる世界でも数少ない研究室である。 研究領域は、太陽ダイナモ、フレア爆発、コロナ質量放出、太陽風、磁気嵐、オーロラ、雲物理、比較惑星科学まで多岐に渡る。 宇宙天体プラズマで起きる非線形非平衡ダイナミクスに関する理論シミュレーション研究を本格的に行うこともできる。 GPSや衛星通信などにより宇宙利用が人々の生活を支える現代社会では、太陽宇宙環境の変動を予測する宇宙天気予報の重要性が高まりつつある。 SST研では太陽フレア爆発や放射線帯の変動、宇宙嵐(ジオスペース嵐)などの予測を目指した先進的な宇宙天気研究を行っている。 また、太陽黒点活動と長期的な気候変動の関係を解明する宇宙気候研究を進めることもできる。 基礎から応用まで多岐にわたる研究テーマの有機的な融合を通して教育と研究を実施している。


宇宙線物理学(CR)

宇宙線は宇宙から飛来する高エネルギー素粒子であり、宇宙での高エネルギー現象や未知の素粒子についての情報をもたらす。 宇宙線観測による宇宙線加速や伝播機構の解明、宇宙線による素粒子物理の研究、宇宙線と太陽地球環境との相互作用の研究を行う。
a)北欧において、大型のレーダー装置を含む各種レーダー、ナトリウム温度・風速ライダー、ファブリペロー干渉計、オーロライメージャなどを用いた国際協力による拠点観測を実施。
b)北極圏から日本、赤道域にわたる広い範囲で、オーロラ・太気光の分光・電波機器群による世界に類を見ない国際ネットワーク観測を展開。
c)宇宙空間・惑星大気を満たすプラズマ・中性粒子を計測するため、地球・惑星探査機、観測ロケットに搭載する分析器を研究・開発し、国内・国際協力を基盤とする探査・観測計画を提案・推進。


太陽圏プラズマ物理学(SW)

100万度を超す高温のコロナ(プラズマ)は、毎秒300~800キロメートルの超音速の風、“太陽風”となって惑星間空間へ流れ出し、恒星間ガスの中に太陽圏と呼ばれる巨大な空間を作っている。 太陽風は太陽活動に伴って目まぐるしく変動している。 時には太陽面爆発などに伴って膨大な量のプラズマが一気に噴出する現象(コロナ質量放出現象、CME)が発生し、この影響が衝撃波となって惑星間空間を駆け抜けてゆくことがある。 このような太陽風の変動は、地球周辺の宇宙環境や超高層大気に大きな影響を与え、さらには人工衛星や無線通信など社会基盤に障害をもたらすため、その物理過程の解明と現象の予測が重要な課題となっている。 宇宙環境変動の予測のために不可欠な太陽風・CMEの発生機構、太陽圏の全体構造や太陽活動に伴う変動に関する人類の知識は未だ不完全であり、一層の研究が必要とされている。 SWでは、これらの未解明の問題を世界的にもユニークな方法を用いて解明しようとしている。 その方法とは、天体電波が太陽風により散乱される現象(惑星間空間シンチレーション)を用いるものである。 このためSWでは、惑星間空間シンチレーションを観測する専用の大型電波望遠鏡群を開発している。 惑星間空間シンチレーション法を用いると、探査機が観測できない太陽風の三次元構造を効率よく調べることができる。 最近では電波望遠鏡の高感度を活かしてパルサーなどの観測も行っている。 このように独自の観測データに基づいて世界的にユニークな研究ができるのが、SW研究室の特色です。
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