2018 Fiscal Year Annual Research Report
近赤外波長領域で開拓する地上オーロラ光学観測:昼側磁気圏可視化への挑戦
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17H04857
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| Research Institution | National Institute of Polar Research |
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Principal Investigator |
西山 尚典 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (00704876)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 近赤外分光観測 / 地上観測 / オーロラ / 大気光 / 中間圏界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，南極昭和基地に設置し2018年2月末から観測を開始した近赤外オーロスペクトログラフの観測運用を同年の11月初頭まで継続した．3-5月にかけて，0.9-1.6μmにおける広波長域のN2分子やN2+分子イオンのオーロラ発光スペクトルを取得した．加えて，1.1μm付近における高波長分解（0.11 nm/pixel）かつ高時間分解能（30秒）のN2+分子イオンのオーロラ発光スペクトルの取得にも成功した．昼間側のオーロラ観測機器の観測波長として検討していた1.5μmについては，広い波長領域（30-50 nm）に発光が連続的に分布し，短波長側に比べて発光強度が弱い事が確認出来た．これらの結果より，太陽光の明るい昼間側で観測波長を狭帯化した観測を実施する上では，1.5μm帯では不向きであるという結論が得られた．
また，全運用期間を通じて1.5μm付近のOH大気光の観測を定期的に実施した事で，中間圏界面の大気温度の季節変化を導出する事が可能となった．観測から導出された季節変化は経験モデルの計算結果と整合的である．特に2018年5月においては，晴天が続き，またOH大気光の強度が強く，大気重力波活動の大きい時期でもある事から，時間分解能3分で大気温度の推定誤差が3K程度の非常に品質の良いデータが取得することが出来た．
取得したオーロラスペクトルデータを基に，昼間側オーロラ観測用のイメージング分光器の仕様検討を行なった．1.1μmのN2+オーロラ発光を主ターゲットに，高波長分解能と広波長域の2つの撮像モードを有する分光器光学系の設計・開発を進めた．実験室で光学性能の確認を行い，理論検討とほぼ同等の性能が出ている事を確かめた．分光器の感度は，高波長分解能モードにおいて30μmスリットを使用した際，1kR/nmと 5kR/nmの発光に対して5秒積算でS/N~2,10と見積もられた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
目標としていた近赤外領域におけるオーロラ発光スペクトルを，低調な地磁気活動度の影響でイベント数は少ないものの，無事に取得する事ができた．過去の観測では不確定だった各波長のオーロラ発光の絶対強度を決定する事が可能となり，サンプリングに関しても最大で30秒と高時間分解能である．今後昭和基地の様々な観測機器と比較する事で，オーロラ研究にとっても新たな知見が得られる事が期待できる．OH大気光の観測は全期間を通じて継続しており，解析により導出した中間圏界面付近の温度データは今後幅広いサイエンスやユーザーへの展開が見込まれる．得られた温度データから得られた中間圏界面の季節変動も，経験モデルの結果と整合的であることが確認できた．
取得したオーロラスペクトルデータを基に，昼間側オーロラ観測用のイメージング分光器の仕様検討を行なった．観測波長として検討していた1.5μmについては，広い波長領域（30-50 nm）に発光が連続的に分布し，波長を狭帯化した観測を実施する上では，1.5μm帯では不向きであるという結論が得られた．これより1.1μmのN2+オーロラ発光を主ターゲットに，グレーティングの切り替えにより，高波長分解能（1.08-1.15μm）と広波長域（1.09-1.25μm）の2つの撮像モードを有する分光器の光学系の設計・開発を進めた．使用する光学素子・検出器を使った実験より広波長域モードでの光学性能の確認を行い，理論検討とほぼ同等の性能が出ている事を確かめた．また，分光器の感度についても理論計算を実施し，高波長分解能モードにおいて30μmスリットを使用した際，1kR/nmと 5kR/nmの発光に対して5秒積算でS/N~2,10を達成できる見込みである．その他，分光器筐体の設計や製作のための物品発注を行なったが，目標としていた分光器の完成までは達成出来なかった．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度取得したオーロラのデータに関しては，昭和基地の他の光学観測や電波観測との更なる比較解析を行い，定量的なデータの検証を行う．結果については，研究協力者との議論などを通じ，学会での発表や論文化の準備を進める．持ち帰った分光器については，再度国内観測を実施し，性能の劣化などがないか確認する．
また，OH大気光および導出したOH分子の回転温度（中間圏界面の温度）も同様に経験モデルや昭和基地のライダー観測との比較を行い，その測定精度について検証を行う．温度導出の精度についてある程度検証が進んだ段階で，観測結果のプロット図やデータの公開を行い，幅広いサイエンスやユーザーに使用してもらえる環境を整備する．
昼間側オーロラ観測用の機器開発に関しては，引き続き開発を進める必要がある．具体的には，スリットやグレーティングの切替のための機構や，光路の入射角/反射角に対する角度調整機構，筐体の組み上げが残る．また分光器が完成次第，波長校正・感度校正の室内実験，国内で大気光をターゲットとした試験観測を実施する．
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