月表面の分光による新たな大気 汚染観測手法の開発

• Project/Area Number: 22K04966
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 猿倉 信彦 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40260202)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 俊彦 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (80415182)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
• Keywords: イメージング分光

Outline of Research at the Start

大気汚染などの環境問題の解決に分光技術の応用が期待されている。従来の分光による大気汚染計測はレーザーレーダーや衛星観測等の大掛かりなものが多かった。本研究においては、月面の模様を様々な波長で取得し、それが地球大気の影響でどのように変動するかを情報科学手法も活用することで結びつけ、新たな大気汚染観測ツールとすることを目的とする。これは、月というユニバーサルな光源を用い、比較的小型で簡易な装置を用いて、世界どこでも利用できる大気汚染観測手段を提供するものである。

Outline of Annual Research Achievements

大気汚染などの環境問題の解決に分光技術の応用が期待されている。従来の分光による大気汚染計測はレーザーレーダーや衛星観測等の大掛かりなものが多かった。本研究においては、月面の模様を様々な波長で取得し、それが地球大気の影響でどのように変動するかを情報科学手法も活用することで結びつけ、新たな大気汚染観測ツールとすることを目的とする。これは、月というユニバーサルな光源を用い、比較的小型で簡易な装置を用い、世界どこでも利用できる大気汚染観測手段を提供するものである。
従来の分光による大気汚染計測はレーザーレーダーや衛星観測等の大掛かりなものが多かった。本研究においては、月面の模様を様々な波長で取得し、それが地球大気の影響でどのように変動するかを情報科学手法も活用することで結びつけ、新たな大気汚染観測ツールとすることを目的とする。これは、月というユニバーサルな光源を用い、比較的小型で簡易な装置を用いて、世界どこでも利用できる大気汚染観測手段を提供するものである。
実験としては、模擬試料によるデータ取得と月面のイメージング分光計測を行う。特に紫外においは、鉱石の特徴が現れやすい一方でその研究がこれまでなされていないため、集中的にデータを蓄積する。月面観測については、基本的には望遠鏡で実施することになるが、分光については始めはバンドパスフィルターを使用して行う。10nm間隔で月面の像を計測する。模擬鉱石による結果と比較することで、月面の鉱物マッピングをするとともに、汚染物質調査に有効な波長域の調査を開始する。
本年度は、昨年度に引き続き月面の分光計測、特に赤外領域においての観測を中心的に行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は、月面を赤外線で角度分解の要素も加えて計測した。大気の散乱、吸収によると推測されるスペクトル変化が測定対象角度の違いに現れる様子を観測することができた。
時間変動によるスペクトル変化が明確に現れ、可視光以外の領域でより特徴的な計測ができるという予測と一致している。
月の高度により月光が通過する距離が異なるため、これらのデータを比較することで、大気の状況をモニターできると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、標準データと比較し、大気の異なる状況で計測を行う。今年度の赤外領域の観測に加え、紫外領域における角度分解計測を実施する。
多波長による月面画像と大気汚染状況の結合を行う。多波長の画像データを情報解析により、最も有効な波長の組み合わせを見出す。例えば、450nmと画像をI450、6.5μmの画像をI6500とした場合、ある係数a、bがあってaI450+ bI6500といった画像で見れば汚染状況により模様が違って見えるといった状況を想定している。ニューラルネットワークのような機械学習による分析手法を別の研究で活用しており、こちらへの応用を準備している。また、海外での大気汚染状況の観測について海外研究者と議論を進める。