惑星大気テラヘルツ波放射過程理解のためのモデル構築及び実験室圧力幅測定

模型构建和实验室压力宽度测量，用于了解行星大气中的太赫兹波辐射过程

• 批准号: 21K13985
• 负责人: 山田 崇貴
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute of Information and Communications Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13985/
• 关键词: テラヘルツ波; 放射伝達モデル; 分子分光; 火星; 大気; 火星大気; 惑星大気科学; リモートセンシング; 大気化学; 惑星科学; テラヘルツ波; 放射伝達モデル; 分子分光; 火星; 大気; 火星大気; 惑星大気科学; リモートセンシング; 大気化学; 惑星科学

課題にあるテラヘルツ波帯での分光システムの開発を実施し、高感度、高周波数分解能での吸収スペクトルの分子分光測定に成功した。測定スペクトル強度の校正には、ガスセル内が真空状態にあるときの測定値を用いてガス流入時の減衰を見るような手法を試したが、ガス圧力と吸収強度が線形関係であったことから、定在波の影響を除去でき、測定値の校正も非常に簡易にできることを確認した。上記により、330-500GHzでの分光測定が可能なシステムの開発に成功した。また、野辺山45m電波望遠鏡での火星大気の観測を実施した。COの吸収スペクトルの測定において、解析アルゴリズムでの想定と同程度のスペクトル線形であることが確認できた。火星の視野直径とビーム径が同程度であったため、風の影響などの除去や絶対値補正のアルゴリズム等、実観測データ解析に必要な手法の開発も実施した。今後は、以下のような研究の展開を予定している。１）実験室実験での圧力幅測定を実施し、水分子およびその他火星大気における重要な分子種の分光測定を行い、分光パラメータの取得を実施する。２）火星大気での非局所熱平衡状態になる高度を分光パラメータを用いて分子種毎に算出する。３）観測データより混合比及び温度の同時推定を定量的に行い、火星大気のCO等の定量的な鉛直分布の導出を可能にし、中層大気の光化学環境の定量的な推定を行う。また、テラヘルツ波帯でのH2O2などの検出限界などを導出し、メタン生成に関わる分子の検出可能性を議論する。

我们已经在Terahertz波带中实施了光谱系统的发展，这是一个挑战，并成功地测量了具有高灵敏度和高频分辨率的吸收光谱的分子光谱。为了校准测得的光谱强度，我们尝试了一种技术，即在气电池处于真空状态时，使用测量值可以看到气流期间的衰减，但是由于气体压力和吸收强度是线性相关的，因此可以去除驻波的效果，并且可以很容易地校准测量值。由于上述内容，我们成功地开发了一个可以在330-500GHz上测量光谱的系统。此外，使用Nobeyama 4500万射电望远镜进行了火星大气的观察。在测量CO的吸收光谱时，已经证实光谱线性与分析算法所期望的线性相似。由于火星的视野和光束直径与光束直径大致相同，因此我们还开发了分析实际观察数据所需的方法，例如消除风效应和绝对值校正的算法。将来，我们计划开发以下研究：1）在实验室实验中执行压力宽度测量，对火星大气中的水分子和其他重要分子物种进行光谱测量，并获得光谱参数。 2）使用光谱参数计算每个分子物种中非本地热平衡发生的高度。 3）同时根据观察到的数据定量地进行混合比和温度的估计，从而可以在火星大气中进行定量垂直分布，并对中间大气中的光化学环境进行定量估计。此外，将得出H2O2和Terahertz波带中其他物质的检测极限，并将讨论类似物以确定参与甲烷产生的分子的可检测性。