流星を電波を使って解析する流星電波観測

 
   
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各主要流星群における流星電波観測反射領域

 私たちが行っている流星電波観測は,送信された電波が流星飛跡に散乱され,送信局から遠く離れた地点で受信して観測する「前方散乱」という手法を用いています.従って,流星電波観測で観測しているエリアは眼視観測のように単純ではありません.流星飛跡に対して,電波が入射角=反射角でなければなりません.このページでは流星群毎の輻射点変化を考慮して,流星電波観測で観測しているであろうエリア「反射領域」を計算した結果です.

反射領域の考え方

流星電波観測では,一般的に流星が形成した電子濃度の濃い「電離柱」(流星飛跡)に対して,電波の入射角と反射角が等しいという条件が成り立ちます(アンダーデンスエコーにおいて).ここで,入射角=反射角が成り立つ点の集合は,送信局と受信局を焦点とする楕円上に分布することがわかります.この時,流星の突入ベクトルとある高度Hにおける回転楕円体の法線ベクトルとの内積が0であれば,流星はその回転楕円体に接し,さらに入射角=反射角の条件を満たすことになります.
さて,図のような二点を求めるために簡単な二次元方程式を解きます.地球は平面と仮定し,回転楕円体の長半径をaとおきく.x,y,z平面において,まず,回転楕円体の式は,以下のように示すことができます.
   計算式1
このとき,dは送受信局間距離の半分です.もうひとつの条件である,流星ベクトルと法線ベクトルの内積が0であることは以下の式から表すことができます.ここで,変数p,q,rは流星ベクトルの成分表示.
   計算式2
このふたつで連立方程式をたて,これらを解いて理論的に入射角=反射角を満たす上空での領域を計算します.
反射モデル
反射モデル

反射領域計算結果

日本の主要都市における各主要流星群の反射領域を計算しました.なお,この計算は福井高専53.750MHzの送信局を前提にしています.当然,送信局が異なれば,シミュレーション結果は変わってきます.もし,違う送信局や流星群でのシミュレーションが必要な方や,ご自身の観測地でのシミュレーション結果が欲しいという方は,個別にお問い合わせ頂ければ,時間を少し頂くかもしれませんが対応します.
  icon 日本の主要都市における各主要流星群の反射領域

ご留意事項

  • 計算は2012年など特定の年で行っていますが,毎年この日はほぼ同じ条件となります.同様に前後1日はほぼ同じ条件ですので,これらの結果を同様に参考されてください.
  • この反射領域計算はUtsumi 2002 の論文に沿って若干の改良を加え,公開しております.ここでは幾何的に観測し得る条件が成り立つ空域を反射領域としています.この反射領域には,電気的な仮定はほぼ100%含まれていません.従って,これにアンテナの指向性,反射に依る偏波等の仮定の導入が要求され,これを含めると結果はさらに狭い反射領域もしくはそもそも反射領域が存在しないことが予想されます.
  • 本計算は,アンダーデンスエコーを仮定していますので,オーバーデンスエコーやロングエコーにおいては必ずしも当てはまりませんのでご注意下さい.特にペルセウス座流星群やしし座流星群は,53MHzの場合,観測されるエコーのほとんどがオーバーデンスエコーですので,本反射領域シミュレーションはほぼ当てはまらないと思います.

参考資料

  • Junichi Watanabe (1984): Expected Region of Shower Meteors Detectable by Forward Scattering Method (II), Radio Meteor Research, 12, pp4-21 (in Japanese)
  • Yosuke Utsumi (2002): Simulation for Detective Field of HRO, 2002 International Science Symposium on the Leonid Meteor Storms