ロケット航跡におけるプラズマ擾乱と
航跡内ＵＨＲ波動の発生メカニズム

*山本 真行[1], 小野 高幸[2], 大家 寛[3]

通信総合研究所[1]
東北大学大学院理学研究科[2]
福井工業大学[3]

Plasma turbulence and generation mechanism of
UHR waves inside the rocket wake

*Masa-yuki Yamamoto[1] ,Takayuki Ono [2],Hiroshi Oya [3]
Communications Research Laboratory[1]
Graduate School of Science, Tohoku University[2]
Fukui Institute of Technology[3]

　Based on sounding rocket experiments, generation of UHR waves associated with the plasma turbulence inside the wake are examined. The frequency of the observed UHR waves coincided with the plasma density inside the wake was confirmed in the quiet mid-latitude ionosphere and the detection of UHR waves is explained that the waves propagated along the plasma cavity along the wake and was detected by onboard spectrum analyzer. An enhancement of electron temperature inside the wake region was detected by the variation of sheath capacitance of Impedance probe; it showed existence of a high temperature region inside the wake. Beam type plasma instability due to the counterstreaming electrons and ions near the wake center was proposed as the generation mechanism of the UHR waves.

１．はじめに
　航跡内におけるＵＨＲ波動の発生メカニズムは、飛翔体とプラズ マの相互作用として航跡効果に伴うプラズマ擾乱に関わる重要なテ ーマである。ロケット観測によって航跡に伴うＵＨＲ波動が発見さ れたことによって、ロケット飛翔に伴う航跡効果は電離層プラズマ 密度の直接計測における問題にとどまらずプラズマ波動観測におい ても重要な研究課題となってきている（山本他, 第104回地球電磁 気・地球惑星圏学会講演予稿集C42-06, 1998）。

２．航跡内におけるＵＨＲ波動の観測
　1994年12月1日にノルウエーのアンドーヤで実施された極域電離 圏におけるS-520-21号ロケット実験により、航跡中のプラズマパラ メータに依存する周波数領域にＵＨＲ波動と考えうる波動が発見さ れたが、ロケット姿勢が複雑な形態を取ったため観測された波動の 厳密な解釈には未解決の問題が残されていた。航跡中のプラズマパ ラメータに依存するＵＨＲ波動について、その存在を確認し発生メ カニズムを明らかにするため、静穏な中緯度電離圏においての確認 実験が実施された。1998年2月5日に鹿児島スペースセンターから打 上げられたSS-520-1観測ロケットにおいては、搭載したプラズマ波 動観測装置(PWM-W)によってＨＦ帯プラズマ波動観測を実施し、 ＵＨＲ波動の観測下限高度について調査するとともに、航跡中にお ける波動現象についての確認実験を実施した。観測されたプラズマ 波動は、航跡中のプラズマ特性周波数と比較検討した結果、航跡内 で励起されたＵＨＲ波動であることが確認された。発生したＵＨＲ 波動は航跡構造によるcavity内を伝播しロケット搭載プラズマ波動 観測装置によって観測されると解釈される。一方、高度750kmの Apogee付近では、wake外の周辺プラズマ中に発生しているＵＨＲ波 動も同定され「あけぼの」衛星で観測されている自然ＵＨＲ波動成 分が500km程度を下限高度として存在することが確認された。

３．航跡における電子温度分布の推定とプラズマ擾乱
　1999年2月2日にＫＳＣにおいて実施されたS-310-28ロケット実験 では航跡密度構造を計測するとともにインピーダンスプローブによ るシース容量の測定データを用いてロケット周辺における電子温度 分布を求めた。解析結果から航跡領域内において従来から報告のあ る様な電子温度上昇が見出され、航跡中における電子温度が周辺プ ラズマの電子温度より高いという結果を得た。さらに注目すべき現 象として、航跡境界付近において電子温度上昇を示す領域が新たに 確認された。この現象はプローブが航跡境界を突き抜けてその密度 勾配方向に向いた際、プローブ根元の1/6のみが航跡領域に他の部 分が周辺プラズマ領域にある時に観測されており、プローブのリニ アな感度特性を仮定した場合、航跡構造の最深部は1800Kの温度で あったと推定される。航跡内で発生するＵＨＲ波動については、周 辺プラズマが航跡領域に流入する際、遮蔽物両側の境界領域から流 入したプラズマ流が航跡中心領域において２流体不安定型のプラズ マ不安定を起こし波動を発生させるというメカニズムが提案される が、航跡領域におけるプラズマ温度上昇の事実は境界域の密度勾配 により激しいプラズマ擾乱が起きていることを示唆しており、航跡 中でのプラズマ擾乱が引き起こすプラズマ不安定によりＵＨＲ波動 が発生するとした仮説を支持するものとなっている。