電離圏の3次元構造観測のための気球搭載型イメージャの開発

开发用于观察电离层三维结构的气球安装成像仪

基本信息

批准号：
18740314
负责人：
栗原純一
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Japan Aerospace Exploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、これまで分からなかった電離圏E領域プラズマの3次元的な空間構造を明らかにすることを目的として、E領域に存在するマグネシウムイオン(Mg^+)からの共鳴散乱光を観測する気球搭載型イメージャを開発する。地球大気の電離圏E領域に、スポラディックE(Es)層と呼ばれる電子密度の非常に高い層が突発的に発生する現象がある。Es層には電子との再結合反応の遅いMg^+などの金属イオンが集積するため、Mg^+の3次元的な分布を知ることができれば、Es層内の電子密度の3次元構造がわかる。しかし、紫外域に輝線を持つMg^+の共鳴散乱光は、成層圏のオゾン層(高度25〜45km)による紫外光吸収を受けるので、本研究では到達高度50kmを越える高高度気球に搭載するMg^+共鳴散乱光イメージャを開発する。本年度は、Mg^+共鳴散乱光観測からMg^+密度の3次元分布を推定する手法をシミュレーション計算によって検証した。朝夕の薄明時には太陽光の日陰境界線が刻々と変化するため、Mg^+による太陽光の共鳴散乱光を気球に搭載したイメージャで観測すると、Mg^+密度の3次元構造がスキャンされて得られる。計算の結果、観測されるMg^+共鳴散乱光の明るさは数100R程度で、オゾン層の吸収を避けるために必要な最低高度は40km、観測可能時間帯は太陽天頂角が95〜105°となる1時間程度であることがわかった。太陽天頂角の異なる時間に得られた画像の差分を得れば、鉛直分布が観測できることが示された。さらに、仮定したMg^+密度分布に水平方向の擾乱を与えることで、E領域プラズマの数十kmスケールの空間構造が充分に観測可能であることもわかった。以上の結果に基づいて、気球搭載型イメージャの光学系の検討を行い、仕様を決定した。これらの研究成果について、国内学会・シンポジウムで3件の研究発表を行った。

在本研究中，我们将观测E区存在的镁离子（Mg^+）的共振散射光，旨在阐明迄今为止未知的电离层E区等离子体的三维空间结构。开发气球式成像仪。有一种现象是，地球大气层电离层E区突然出现一层电子密度极高的层，称为零星E（Es）层。 Mg^+等金属离子与电子发生缓慢的复合反应，积聚在Es层中，因此如果我们能够知道Mg^+的三维分布，就可以了解电子密度的三维结构在Es层我明白了。然而，Mg^+的共振散射光在紫外区具有发射线，被平流层（海拔25至45公里）的臭氧层吸收。因此，开发了共振散射光成像仪。今年，我们通过模拟计算验证了一种根据 Mg^+ 共振散射光观测估计 Mg^+ 密度三维分布的方法。早晚黄昏时，太阳光的阴影边界线时刻变化，因此当用安装在气球上的成像仪观察太阳光因 Mg^+ 产生的共振散射光时，可以看到 Mg^+ 的三维结构。 + 密度可以扫描得到。计算结果，观测到的Mg^+共振散射光亮度在几百R左右，避免被臭氧层吸收所需的最低高度为40公里，观测时太阳天顶角为95～105度。原来是1个小时左右。结果表明，通过获取太阳天顶角不同时刻所获得的图像之间的差异，可以观察到垂直分布。此外，我们发现，通过对假设的Mg^+密度分布施加水平扰动，可以充分观察到E区等离子体在数十公里尺度上的空间结构。基于上述结果，我们研究了气球安装成像仪的光学系统并确定了其规格。这些研究成果在国内学术会议和研讨会上做了3次研究报告。