[論文レビュー] DEMETER Satellite Observations of Particle Burst Prior to Chile Earthquake

Zhenxia Zhang, Xinqiao Li+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2010

Earthquake Detection and Analysis参考文献 15被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、2010年チリ地震の11日前に発生した高エネルギー粒子バースト（PB）のデムーラ衛星観測結果を提示している。PBは背景レベルの最大6倍に達した。PBはVLF電場乱れおよび鏡像点共役効果と一致しており、地震波の電磁放射からの電離圏結合を示唆しており、太陽活動や磁気活動の要因を除外した後、PBは地震予知可能性を有する可能性があると位置づけられている。

ABSTRACT

The lithosphere activity during seismogenic or occurrence of one earthquake may emit electromagnetic wave which propagate to ionosphere and radiation belt, then induce disturbance of electric and magnetic field and the precipitation of high energy charged particles. This paper, based on the data detected by DEMETER satellite, present the high energy charged particle burst(PB) with 4 to 6 times enhancement over the average value observed about ten days days before Chile earthquake. The obvious particle burst was also observed in the northern hemisphere mirror points conjugate of epicenter and no PB events in different years over the same epicenter region was found. The energy spectra of the PBs are different from the one averaged within the first three months in 2010. At the same time, the disturbance of the VLF electric spectrum in ionosphere over the epicenter detected by the DEMETER satellite are also observed in the same two orbits. Those observations from energetic PB and VLF electric spectrum disturbance demonstrates the coupling relation among the electromagnetic wave emitted by seismic activity, energetic particle and electric field in ionosphere. We eliminate the possible origination of PB including magnetic burst and Solar activities. Finally we think the PB is likely to be related to Chile earthquake and can be taken as the precursor of this earthquake.

研究の動機と目的

• 2010年M8.8チリ地震の電離圏前兆をデムーラ衛星データを用いて調査すること。
• 地震の前日に観測されたエネルギー粒子バースト（PB）が地震活動と関連しているか、外部要因に起因しているかを特定すること。
• PB、VLF電場乱れ、および電離圏結合メカニズムの空間時間的相関を分析すること。
• 太陽活動や磁気ストームなどの代替要因が観測された粒子バーストの原因でないことを除外すること。
• PBが大規模地震の信頼できる前兆信号としての可能性を評価すること。

提案手法

• 90.7–600 keV、600–1000 keV、1000–2351 keVの3つのエネルギー範囲におけるデムーラIDP機器からの粒子フラックスデータの分析。
• 同じ衛星軌道上でのICE機器が検出したVLF電場スペクトル乱れと粒子バーストイベントの照合。
• 2010年1〜3月の同じ地域における平均背景レベルと比較して、粒子バーストの強度と持続時間を評価。
• 磁気的共役点における北半球の鏡像点粒子バーストの特定により、磁気的フィールドラインの接続性を評価。
• Kp指数および太陽耀のデータを分析して、太陽活動および磁気活動を除外。
• 太陽に追随する準太陽同期軌道を用いて、発震点領域における一貫性のある空間的・時間的サンプリングを確保。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2010年チリ地震の前に対象となるエネルギー粒子バーストが電離圏に発生するか。その場合、いつ、どこで発生したか？
• RQ2 観測された粒子バーストが電離圏内のVLF電場乱れと空間的・時間的に相関しているか？
• RQ3 北半球の磁気的共役点で観測された粒子バーストは、発震点へのフィールドライン接続を示唆しているか？
• RQ4 粒子バーストが太陽活動、磁気ストーム、またはその他の非地震的要因に起因している可能性はあるか？
• RQ5 地震誘発電磁放射と電離圏粒子沈着および電場との間の結合の性質は何か？

主な発見

• チリ地震の11日前に、平均背景レベルの4〜6倍の粒子バーストが観測された。主に90.7–600 keVおよび1000–2351 keVのエネルギー範囲で発生した。
• 粒子バーストは発震点および北半球の磁気的共役点で発生しており、90.7–600 keV範囲では5倍、1000–2351 keV範囲では3倍の増幅が確認された。
• VLF電場スペクトル乱れは、粒子バーストと同一の2軌道で検出され、ほぼ同時発生であり、粒子バーストにわずかに遅れを示した。
• VLF乱れは粒子沈着領域よりも低緯度に位置しており、電場摂動が粒子沈着領域の下にあることを示しており、上向き伝播する電磁波結合と整合的である。
• 他の年においては、同様の地域で粒子バーストおよびVLF乱れは観測されず、2010年チリ地震に特有の相関関係があると示唆された。
• 太陽活動および磁気活動（Kp指数）を除外した後、著者らは粒子バーストが地震活動と強く関連しており、したがって地震の前兆としての可能性が最も高いと結論づけた。