ヒカマルカ電波観測所
ヒカマルカ電波観測所
ヒカマルカ電波天文台 - リマ、ペルー
場所ペルー、リマ県
座標南緯11度57分05秒、西経76度52分28秒 / 南緯11.95139度、西経76.87431度 / -11.95139; -76.87431
波長6メートル（50MHz）
収集エリア82,944 m 2 (892,800 平方フィート)
Webサイトjro .igp .gob .pe /英語
ヒカマルカ電波天文台はペルーにあります
ヒカマルカ電波観測所
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ヒカマルカ電波観測所（JRO）は、ペルーのリマからグリーンランドのソンドレ・ストロムフィヨルドまで広がる西半球の非干渉散乱レーダー（ISR）観測所チェーンの赤道側の支線です。JROは赤道電離層を研究する世界有数の科学施設です。観測所はリマから内陸（東）に車で約30分、中央高速道路から10km（南緯11度57分5秒、西経76度52分27.5秒、海抜520メートル）の場所にあります。磁気傾斜角は約1度で、高度と年によってわずかに変化します。レーダーは地球の磁場（B）の方向を正確に決定でき、電離層全体のどの高度でもBに垂直に向けることができます。赤道電離層の研究は、主にJROの電波科学への貢献により、急速に成熟した分野になりつつある。[ 1 ] / 南緯11.95139度、西経76.874306度 / -11.95139; -76.874306

JROの主アンテナは、世界最大の非干渉散乱レーダーです。主アンテナは、約300m×300mの面積を占める18,432個の半波長ダイポールアンテナからなる交差偏波の正方アレイです。観測所の主な研究分野は、安定赤道電離層、電離層沿磁力線不規則構造、赤道域中性大気の力学、そして流星物理学です。

この観測所はペルー地理物理学研究所の施設であり、コーネル大学を通じて米国国立科学財団の協力協定の支援を受けて運営されています。

歴史

1962年に建設された9216ダイポールアンテナアレイのクローズアップ

ヒカマルカ電波観測所は、1960年から1961年にかけて、米国国立標準局（NBS）の中央電波伝搬研究所（CRPL）によって建設されました。この研究所は後に環境科学サービス局（ESSA）、そして米国海洋大気庁（NOAA）の傘下となりました。このプロジェクトは、「JROの父」として知られるケネス・L・ボウルズ博士が主導しました。

最後のダイポールアンテナは1962年4月27日に設置されたが、ヒカマルカでの最初の非干渉性散乱測定は1961年8月初旬に、投影された全エリアの一部を使用し、送信機の最終段階なしで行われた。1969年、ESSAは観測所をペルー地理物理学研究所（IGP）に譲渡した。IGPは1957～58年の国際地球観測年（IGY）中にCRPLに協力し、ヒカマルカの建設と運用のすべての側面に深く関わっていた。ESSA、その後NOAAは、1969年以降も数年間、運用に対して何らかの支援を提供し続けたが、これは主にウィリアム・E・ゴードン教授が率いる「ヒカマルカ・アミーゴス」と呼ばれる非公式グループの努力によるものであった。ゴードン教授は1958年に非干渉性散乱レーダー技術を発明した。

数年後、全米科学財団はヒカマルカの運営を部分的に支援し始めました。最初はNOAAを通じて、そして1979年からは協力協定を通じてコーネル大学を通じて支援してきました。1991年には、ペルーの非営利団体であるCiencia Internacional（CI）が設立され、観測所の職員の大部分を雇用し、IGPに観測所の運営に必要なサービスと物資を提供しました。

1969年以降、レーダー部品の大部分は、ペルーのエンジニアと技術者によって設計・構築された「自家製」のハードウェアとソフトウェアに交換・近代化されました。60名以上の博士課程の学生（多くは米国の機関から、15名はペルー出身）がヒカマルカと共同で研究を行ってきました。

設備

メインレーダー

JROの主力機器は、50MHz（実際には49.9MHz [1] ）で動作するVHFレーダーであり、赤道域電離層および中性大気の物理現象を研究するために使用されます。他のレーダーと同様に、その主要構成要素は、アンテナ、送信機、受信機、レーダー制御装置、捕捉・処理システムです。JROのレーダーの主な特徴は、(1)アンテナ（世界最大のISR）と(2)強力な送信機です。

レーダー部品

  • アンテナ。メインアンテナは、288m×288mの面積を占める18,432個の半波長ダイポールアンテナで構成される偏波共用アンテナアレイです。アレイは4分割されており、各4分割は4×4のモジュールで構成されています。アレイのメインビームは、モジュールレベルでケーブルを交換することで、軸上位置から±3度の範囲で手動で操作できます。モジュール式であるため、送信と受信の両方において様々な構成に対応でき、例えば、マルチビーム同時観測、マルチベースラインレーダー干渉計やレーダーイメージングなどのアプリケーションが可能です。
  • 送信機。現在、JROは3基の送信機を保有しており、それぞれ1.5MWのピーク出力を供給可能です。間もなく4基目の送信機が完成し、初期のように6MWの送信が可能になります。各送信機は独立して給電でき、メインアレイの任意の1/4セクションに接続できます。この柔軟性により、直線偏波、円偏波、楕円偏波など、あらゆる偏波での送信が可能になります。
  • その他。レーダーの残りのコンポーネントは、利用可能な技術に応じて継続的に変更および近代化されています。受信機、レーダー制御装置、および捕捉システムの組み立てには、最新の電子機器が使用されています。ペルーで最初のコンピュータは1960年代初頭にJROに導入されました。それ以来、様々な世代のコンピュータとシステムが使用されてきました。

レーダーの動作モード

メインレーダーは主に (1)非干渉性散乱レーダー(ISR) モードと (2) 干渉性散乱(CSR) モードの 2 つのモードで動作します。高出力送信機を使用する ISR モードでは、Jicamarca は赤道電離層の電子密度、電子とイオンの温度、イオンの組成、垂直および帯状電場を測定します。位置と動作周波数を考慮すると、Jicamarca はファラデー回転を介して絶対電子密度を測定し、ビームを地球の磁場に垂直に向けることで最も正確な電離層電場を測定するという独自の機能を備えています。CSR モードでは、レーダーはISR エコーよりも30 dB以上強いエコーを測定します。これらのエコーは、対流圏、成層圏、中間圏、赤道ジェット電流、E領域とF 領域で生成される赤道不規則構造に由来します。エコーの強さを考慮して、通常は低出力送信機や小型のアンテナ セクションが使用されます。

JULIAレーダー

JULIA は Jicamarca Unattended Long-term Investigations of the Ionosphere and Atmosphereの略で、長期間にわたって赤道プラズマ不規則構造と中性大気波動を観測するように設計されたシステムの説明的な名称です。JULIA は独立したPCベースのデータ収集システムで、Jicamarca メインレーダーの励振器ステージの一部をメインアンテナアレイとともに利用します。多くの点でこのシステムは、操作と保守に費用と労力がかかるメインの高出力送信機を使用しないことを除いて、Jicamarcaレーダーの機能を複製しています。したがって、長期間にわたって無監視で稼働できます。(300 m)^2 モジュラーアンテナアレイを駆動する 30 kWピーク出力のパルス送信機のペアを備えた JULIA は、強力なコヒーレント散乱レーダーです。これまで断続的に、またはキャンペーンモードでのみ調査されてきた赤道不規則構造の日々の変動と長期的な変動を研究するのに最適です。

1996年8月に始まり現在に至るまで継続しているCEDAR MISETAキャンペーンにおいて、大量の電離層不規則性データが収集されました。データには、赤道ジェット電流の昼間の観測、150kmエコー、赤道スプレッドFの夜間観測が含まれます。

その他の楽器

JROは、主レーダーとJULIAに加え、主要な観測を補完する様々なレーダー、無線・光学機器を保有し、あるいは運用を支援しています。これらの機器には、ペルー全土に配備された様々な地上設置型磁力計、デジタルイオンゾンデ、南米に配備された多数のGPS受信機、全天鏡面流星レーダー、 E領域電子密度プロファイルを測定するためのヒカマルカ・パラカス間バイスタティックCSR 、アンコンのシンチレーション受信機、アレキパのファブリ・ペロー干渉計、AMISR UHFレーダーの小型プロトタイプなどがあります。

主な研究分野

JROの主な研究分野は、赤道安定電離層、赤道沿磁力線不規則構造、赤道中性大気の力学、そして流星物理学です。以下にJROの研究テーマの例をいくつか挙げます。

コヒーレント散乱エコー

最も一般的な電離層/大気コヒーレントエコー
エコー略語 高度（km） 時刻​ ISRを超える強度（dB）
赤道エレクトロジェットEEJ 95～110 90 ～130 昼間夜間30～60 20 ～50
150kmのエコー 150キロ 130～170 昼間10～30
中立的な雰囲気MST 0.2-85 終日 30～50
流星の頭 頭 85～130 終日 20～40歳
非鏡面流星非鏡面反射 95-115 終日 20～50歳
鏡面流星鏡面反射 80～120 終日 30～60歳

非伝統的な研究

ISRとCSR観測に加え、JROメインシステムは電波望遠鏡、VHFヒーター、惑星レーダーとしても利用されてきました。電波望遠鏡としてのメインアレイは、太陽、電波星（うみへび座など）、磁気圏シンクロトロン放射、木星放射の研究に利用されてきました。1960年代には、JROは金星と月の表面の研究に使用され、最近では太陽の研究にも利用されています。最近では、JROをVHFヒーターとしてVLF波を発生させ、赤道ジェット電流を弱変調する研究が行われています。

科学的貢献とマイルストーンの概要（1961年以降）

  • 1961年。非干渉性散乱エコーの初観測。初のISR運用開始。
  • 1961～63年 赤道域のジェット電流プラズマ不規則性（ファーリー・ビューンマン不安定性）の背後にある物理過程の解明。
  • 1962年。赤道電離層の温度と組成の最初の測定。
  • 1963 赤道磁気圏の電子密度の初めての測定（現在でも地上測定による最高値）。
  • 1964年。
    • 金星からの最初のVHFレーダーエコー。
    • 1964年。いわゆる150kmエコーの発見。これらのエコーの背後にある物理的メカニズムは（2008年8月現在）依然として謎に包まれている。
  • 1965年。VHFレーダーによる月面粗さの測定。1969年にNASAによってテスト運用され、ニール・アームストロングが月面に足を踏み入れるであろうことを知ったアポロ11号に使用された。
  • 1965～69年。ファラデー回転とダブルパルス技術の開発。ヒカマルカは、この技術を用いて電離層の絶対電子密度を測定する唯一のISRである。
  • 1967年。イオン衝突と磁場の存在の影響を考慮した、非コヒーレント拡散に関する完全な理論の適用。ジャイロ共鳴実験により、非コヒーレント散乱の完全な理論が検証された。
  • 1969年。電離層のドップラーシフトを非常に高い精度で測定するパルスツーパルス方式が開発されました。その後、同じ方式が気象レーダーにも応用されました。
  • 1969～72年 赤道域の電離層の帯状および鉛直方向のドリフトの最初の測定。
  • 1971年 エコー領域の大きさと位置を測定するレーダー干渉法の開発。
  • 1972～74年。風と晴天乱気流を測定するためのMST（中間圏・成層圏・対流圏）レーダーの開発。このタイプのレーダーの小型版はウィンドプロファイラーと呼ばれる。
  • 1974年以来、大気および電離層の不規則現象を研究するための国際ロケットキャンペーンの推進と参加。JROの測定は、ペルーのプンタ・ロボスから打ち上げられたロケットによる現場測定を補完するものです。
  • 1976年。スプレッドF不規則性の背後にある物理学の説明
  • 1981～82年 電離層不規則構造（EEJおよびESF）の帯状ドリフトを測定するためのレーダー干渉計技術の改良。
  • 1987年。
    • エコーの微細高度構造の測定を可能にする周波数領域干渉法 (FDI) 技術の開発。
    • 1987年、元JRO所長のトル・ハグフォース博士が、レーダー工学と非干渉散乱技術の理論と実験開発への貢献により、URSIバルタザール・ファン・デル・ポル金メダルを受賞しました。
  • 1991年以来、ペルーの科学者と米国の同僚によるレーダー画像化技術の開発。この技術により、ビーム内の微細な角度構造の観測が可能になり、時間と空間の曖昧さを区別することが可能になりました。
  • 1993年。南極大陸に初のMSTレーダーを設置。
  • 1994年。南極大陸における極中間圏夏季エコー（PMSE）の最初の観測と、北極エコーに対する大きな非対称性の発見。
  • 1996年、元JRO所長兼主任研究員のドナルド・T・ファーリー教授が、「非干渉性散乱レーダー技術の開発と電離層不安定性のレーダー研究への貢献」によりURSIアップルトン賞を受賞しました。
  • 1997年。科学船（BIC Humboldt）に初のVHFレーダーが搭載され、南極のさまざまな緯度におけるPMSEの研究が可能になりました。
  • 1999年、元JRO所長のロナルド・F・ウッドマン博士が、「電離層と中性大気のレーダー研究における多大な貢献とリーダーシップ」によりURSIアップルトン賞を受賞しました。
  • 2000年。アンテナモジュールの2値位相変調を用いてアンテナを「圧縮」するレーダー技術
  • 2001年。小型バイスタティックレーダーシステムを使用して、高度90～120kmの電子密度を初めて測定。
  • 2002年。
    1960年から1969年までのJROのペルー人および外国人スタッフ。2002年5月にJROで行われた40周年記念ワークショップで撮影された写真。
    • 逆電場条件下での純粋な 2 つのストリーム E 領域の不規則性の最初の観測。
    • ヒカマルカ40周年記念ワークショップ。
  • 2003 年以降、理論と計算の改良に伴い、磁場に垂直な観測が改善され、ドリフトと電子密度を同時に測定できるようになりました。
  • 2004年。
    • 非周期的パルスを使用した上部の ESF スペクトルの明確な測定。
    • 磁場に対して垂直から遠ざかるビームを使用して 150 km のエコーを発見しました。
  • 2005. 赤道ジェット電流エコーからの最初の E 領域帯状風プロファイル。
  • 2006. EEJ 不規則性のマルチレーダー観測: VHF および UHF、垂直ビームおよび斜めビーム、レーダー画像。
  • 2007. JRO の流星ヘッドエコー 90 時間を使用した散発的流星集団の識別。
  • 2008年。
    • 赤道電離層の初のISR完全プロファイル測定。
    • 流星頭のエコーによる流星群の初観測。
  • 2009年 JRO（メリヒル天文台）へのファブリ・ペロー干渉計の設置。
  • 2011年。ナスカへの移動型ファブリ・ペロー干渉計の配備。

JROの理事および主任研究員

参照

参考文献

  1. ^ a b Roald Steen, AJ0N (1992年8月). 「レーダーによる電離層研究」. RadCom .英国無線協会: 43. ISSN  1367-1499 .{{cite journal}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク)
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