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°57′05″ 西経76°52′28″ / 南緯11.95139° 西経76.87431° / -11.95139; -76.87431
組織	ペルー地球物理学研究所 コーネル大学 国立科学財団
波長	6m（50MHz）
構築済み	–1961 （～1961年）
望遠鏡スタイル	電波望遠鏡
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
ヒカマルカ電波観測所の所在地
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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 10 km の場所にあります ( 11°57′05″S 76°52′27.5″W / 11.95139°S 76.874306°W / -11.95139; -76.874306、海抜 520 メートル)。磁気傾斜角は約 1° で、高度と年によってわずかに変化します。このレーダーは地球の磁場（B）の方向を正確に測定することができ、電離層全体の高度で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ります。^[1]

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で構成された交差偏波正方形アレイです。観測所の主な研究分野は、安定した赤道電離層、電離層磁場に沿った不規則構造、赤道中性大気のダイナミクス、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。

ヒカマルカ電波観測所は、1960年から1961年にかけて、米国標準局（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）の一部となり、その後、米国海洋大気庁（NOAA）の一部となりました。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 日に設置されましたが、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ました。1969 年に ESSA は、国際地球観測年(IGY)の 1957 ～ 1958 年に CRPL に協力し、ヒカマルカの建設と運用のすべての側面に密接に関与していたペルー地理物理学研究所 (IGP) に観測所を引き渡しました。ESSA とその後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ましたが、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す。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ました。

数年後、国立科学財団は、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、ヒカマルカの運営を部分的に支援し始めました。1991 年には、ペルーの非営利組織である Ciencia Internacional (CI) が設立され、観測所のスタッフのほとんどを雇用し、観測所を運営するためのサービスと物資を IGP に提供しました。

1969年以来、レーダー部品の大部分はペルーのエンジニアや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され、近代化されました。多くは米国の機関から、15人はペルーから、合計60人以上の博士課程の学生がヒカマルカと共同で研究を行ってきました。

JROの主力機器は50MHz（実際は49.9MHz ^[1] ）で動作するVHF レーダーで、赤道電離層と中性大気の物理を研究するために使用されます。他のレーダーと同様に、その主要コンポーネントは、アンテナ、送信機、受信機、レーダーコントローラー、取得および処理システムです。JROのレーダーの主な特徴は、（1）アンテナ（世界のすべてのISRの中で最大）と（2）強力な送信機です。

• アンテナ。メインアンテナは、288m x 288mの面積を占める18,432個の半波長ダイポールで構成されるデュアル偏波アンテナアレイです。アレイは4つに分割されており、各4つは4x4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変更することで、軸上の位置から+/- 3度手動で操作できます。モジュール式であるため、アレイは送信と受信の両方でさまざまな構成に構成でき、たとえば、同時マルチビーム観測、マルチベースラインレーダー干渉計のアプリケーション、レーダーイメージングなどが可能になります。
• 送信機。現在、^{[いつ? ]} JRO には 3 つの送信機があり、それぞれ 1.5 MWのピーク電力を供給できます。まもなく 4 番目の送信機が完成し、初期のように 6 MW 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、円形、楕円形など、あらゆる偏波を送信できます。
• 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常に変更および近代化されています。受信機、レーダー コントローラー、取得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ーが JRO に導入されたのは 1960 年代初頭です。それ以来、さまざまな世代のコンピューターとシステムが使用されてきました。

メインレーダーは主に2つのモードで動作します: (1)非干渉性散乱 レーダー(ISR) モード、および (2) 干渉性散乱(CSR) モード。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、イオン組成、垂直および帯状の電界を測定します。その位置と動作周波数を考えると、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界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 領域で生成された赤道不規則構造から発生します。エコーの強さを考えると、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 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現象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使用します。多くの点で、このシステムは Jicamarcaレーダーの機能を再現していますが、高価で操作と保守に手間がかかるメインの高出力送信機を使用していません。そのため、長期間にわたって無監視で稼働できます。ピーク出力 3​​0 kWのパルス送信機のペアで (300 m)^2 のモジュラーアンテナアレイを駆動する JULIA は、強力なコヒーレント散乱 レーダーです。これまでは断続的に、またはキャンペーンモードでしか調査されていなかった赤道不規則現象の日々の変動と長期の変動を研究するのに最適です。

1996 年 8 月に始まり現在まで続いている CEDAR MISETA キャンペーンで、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、赤道エレクトロジェットの昼間の観測、150 km エコー、赤道スプレッド F の夜間の観測が含まれます。

主レーダーとJULIAの他に、JROは主な観測を補完するために、さまざまなレーダーや無線および光学 機器を保有し、またはそれらの運用を支援しています。これらの機器には、ペルー全土に分布するさまざまな地上設置型磁力計、デジタルイオンゾンデ、南米の多くの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。

JROの主な研究分野は、赤道安定電離層、赤道磁場不規則構造、赤道中性大気の力学、流星 物理学の研究です。以下はJROのテーマの例です。

• 安定した電離層
  • トップサイド: 軽イオンの分布を制御するものは何ですか? 赤道プロファイルがアレシボのものと大きく異なるのはなぜですか?嵐の際のトップサイドの反応はどのようなものですか?
  • F 領域: 現在の理論は電子とイオンの熱バランスを完全に説明していますか?現在、ISR理論に対する電子衝突の影響は理解されていますか? 日没近くのF 領域ダイナミクスは ESF プルームの生成にどのような影響を与えますか?南半球間の輸送に対するNS風の影響は何ですか?
  • E 領域: 赤道E 領域の基本的な背景パラメータは何ですか? この調査が難しい領域の密度プロファイルの形態はどのようなものですか? この形態は E 領域ダイナモにどのような影響を与えますか?
  • D 領域:流星による アブレーションと中間圏の混合は、この地域の組成にどのような影響を与えますか?
• 不安定な電離層
  • F領域:

    

    プラズマプルームの生成を支配する非線形プロセスを含む基本的なプラズマプロセスは何ですか?日没後にF 領域プルームが生成されるかどうかを制御する、午後遅くのF 領域における前駆現象は何ですか?
  • 昼間の谷間エコー (いわゆる 150 km エコー)。これを引き起こす物理的なメカニズムは何でしょうか? ( 40 年以上経った今でもまだ謎です!)。
  • E 領域: 赤道ジェット電流不安定性の最終状態を制御する非線形プラズマ物理プロセスとは何ですか? これらの不安定性は、 E 領域の伝導率、ひいては、同様ではあるがより強力で複雑な不安定性が存在するオーロラ帯E 領域の伝導率にどの程度影響しますか?
  • 中性大気のダイナミクス。季節や高度によって異なる低緯度での潮汐成分はどのようなものでしょうか。中間圏の風のシアーはどの程度強いのでしょうか。重力波の特徴は何でしょうか。下層大気の 重力波が電離層と結合している証拠を見ることはできますか。
  • 流星 物理学。流星体はどこから来ているのでしょうか?流星体の質量と大きさはどれくらいでしょうか? JRO で検出された流星の等価視覚等級はどれくらいでしょうか?流星のエコーを使用して、流星が発生する高度の大気/電離層を診断することはできますか?

ISR および CSR 観測の他に、メインの JRO システムは電波望遠鏡、VHFヒーター、惑星レーダーとして使用されています。電波望遠鏡として、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 放射の研究に使用されています。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使用されています。最近では、赤道ジェット電流は、 VLF波を生成するためのVHFヒーターとして JRO を使用して弱く変調されています。

• 1961年。非干渉性散乱エコーの最初の観測。初のISR運用。
• 1961～63年。赤道エレクトロジェットプラズマ不規則性（ファーリー・ブネマン不安定性）の背後にある物理プロセスの説明。
• 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最初の測定（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 150 km 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、依然として (2008 年 8 月現在) 謎のままです。
• 1965 年。月面の粗さを VHF レーダーで測定。1969 年に NASA がテスト走行し、ニール・アームストロングが月面を踏むことを知ったアポロ 11 号で使用されました。
• 1965～69年。ファラデー回転と二重パルス技術の開発。ヒカマルカは、電離層の絶対電子密度測定にこの技術を使用する唯一のISRです。
• 1967 年。イオン間の衝突と磁場の存在の影響を含む非干渉性拡散に関する完全な理論の応用。非干渉性散乱の完全な理論を検証したジャイロ共鳴実験。
• 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技術の開発。その後、同じ技術が気象レーダーに適用されました。
• 1969～72年。帯状および垂直の赤道電離層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、風プロファイラーと呼ばれます。
• 1974 年以来、大気と電離層の不規則性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を行っています。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で実行される現場測定を補完します。
• 1976. 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法の改良。
• 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性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を観察できるようになり、時間と空間の曖昧さを区別できるようになりました。
• 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）の初観測と、北極エコーに対する顕著な非対称性の発見。
• 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大き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. アンテナモジュールのバイナリ位相変調を使用してアンテナを「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。

  

  • 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方向のビームを使用して 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、垂直ビームと斜めビーム、およびレーダー画像。
• 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。
  • 流星群の流星頭エコーによる初観測。
• 2009年 JRO（メリヒル天文台）にファブリ・ペロー干渉計を設置。
• 2011年。ナスカへの移動式ファブリ・ペロー干渉計の配備。

• JRO理事
  • 1960～1963年、ケネス・ボウルズ博士（コーネル大学博士号取得）
  • 1964～1967年、ドナルド・T・ファーリー博士（コーネル大学博士号取得）
  • 1967 ～ 1969 年、トーア・ハグフォース博士(スタンフォード大学博士号)
  • 1969-1974年、ロナルド・ウッドマン博士（ハーバード大学博士号）
  • 1974 ～ 1977 年、カルロス カルデロン博士 (Ph.D.、ダートマス大学)
  • 1977～1980年、パブロ・ラゴス博士（マサチューセッツ工科大学博士号取得）
  • 1980～2000年、ロナルド・ウッドマン博士（ハーバード大学博士号）
  • 2001～2012年、ホルヘ・L・チャウ博士（コロラド大学博士号取得）
  • 2012～2021年、マルコ・ミラ博士（イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校博士号取得）
  • 2021年現在、ダニー・シピオン博士（オクラホマ大学博士号取得）
• JRO主任研究員
  • 1979～2003年、ドナルド・T・ファーリー教授（コーネル大学博士号）
  • 2004年～現在、デイビッド・L・ハイゼル教授（コーネル大学博士号）

• 欧州情報通信学会
• アレシボ天文台
• ミルストーンヒル天文台
• ソンドレストロム高層大気研究施設

ウィキメディア・コモンズには、ヒカマルカ電波天文台に関連するメディアがあります。

• ヒカマルカ電波天文台公式サイト
• ペルー地理研究所
• JROのニュース
• JROデータベース
• コーネル大学における高層大気研究
• JRO関連出版物一覧
• 衛星画像
• ヒカマルカ映画
  • 散乱レーダー：地上からの宇宙研究、1963年 NBSよりアマゾン経由で入手可能、インターネットアーカイブからもダウンロード可能
• 世界中の非干渉散乱レーダー
  • 先進モジュラー非干渉散乱レーダー、アラスカ（米国）、レゾリュート湾（カナダ）
  • アレシボ天文台、プエルトリコ
  • 欧州非干渉散乱放射線ネットワーク (EISCAT)、ノルウェー、スウェーデン、フィンランド
  • ロシア、イルクーツクISR
  • ペルー、ヒカマルカ電波天文台
  • ミルストーンヒル天文台（米国）
  • 日本の中高層大気レーダー
  • ソンドレストロム研究施設、グリーンランド