2022 年度実施状況報告書

月表面の分光による新たな大気汚染観測手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号	22K04966
研究機関	大阪大学
研究代表者	猿倉信彦大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40260202)
研究分担者	清水俊彦大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (80415182)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2027-03-31
キーワード	イメージング分光
研究実績の概要	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。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、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った。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由月面を赤外線と紫外線で月の出から天頂までの時間で連続的に計測したところ、大気の散乱、吸収によると推測されるスペクトル変化を得ることができた。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。
今後の研究の推進方策	今後は、標準データと比較し、大気の異なる状況で計測を行う。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。実際には線形結合だけでなく非線形な組み合わせがより多波長で必要となると考えられ、そこにニューラルネットワークのような機械学習による分析が必要となる。バンドパスフィルターよりも波長分解能が必要な場合、分光をバンドパスフィルターからイメージング分光器への変更を検討する。