地球とジオスペースをつなぐ鉛直物質輸送観測の新手法

观测连接地球和地球空间的垂直质量传输的新方法

基本信息

批准号：
21K18315
负责人：
江尻省
金额：
$ 16.64万
依托单位：
National Institute of Polar Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

地球と宇宙の境界領域（高度80-150 km）は、大気が中性大気から電離大気（プラズマ）に変化する地球大気の遷移領域である。しかし、中性大気とプラズマ共に観測手段が限られており、同時観測が困難であるため、化学変化を伴うこの領域の物質輸送は本質的に未解明である。本研究では、この遷移領域において同一空間の中性原子とイオンの密度高度分布を同時に観測可能な世界初の原子・イオン共鳴散乱ライダーを開発し、地球と宇宙をつなぐ物質の鉛直輸送過程を解明することを目的としている。送信レーザー開発では、チタンサファイア（Ti:s）レーザーをベースにした二波長同時発振・注入同期固体レーザーで、カルシウムイオン（Ca+）の共鳴散乱線（393.5 nm）に続き、カルシウム原子の共鳴散乱線（422.8 nm）での発振を確認した。共振器の調整により、単独発振の安定化・高出力化を進めている。ライダーシステム開発では、初年度に波長計の絶対波長校正システムを構築したが、波長計の校正実験中はTi:sレーザーの波長制御には使えない、つまり波長計を校正するためには観測を止めなければならないことが問題だった。波長計でTi:sレーザーの発振波長を制御しながら絶対波長校正も行うために、波長計の参照光源を波長安定化He-Neレーザー光から発振波長をカリウム原子のDoppler-freeの一つにロックしたレーザー光に置き換えることを試みている。また、送信レーザーと受信光学系を組み合わせてCa+およびCaのライダー観測実験も行い、イオン・原子共に有効な共鳴散乱信号を得ることにも成功した。

地球与太空的边界区域（海拔80-150公里）是地球大气层的过渡区域，这里的大气层从中性大气层转变为电离大气层（等离子体）。然而，由于中性大气和等离子体的观测工具有限，并且同时观测很困难，因此该区域涉及化学变化的质量传递仍然基本上未知。在这项研究中，我们将开发世界上第一个原子离子共振散射激光雷达，可以同时观测这个过渡区域同一空间中性原子和离子的密度高度分布，并阐明连接地球的物质的垂直输运过程和空间。在发射激光器的研发中，我们开发了基于钛蓝宝石（Ti:s）激光器的双波长同时振荡/注入锁定固态激光器，可检测钙离子（Ca+）的共振散射线（393.5 nm）和钙原子的共振散射线（393.5 nm）（422.8 nm）被证实。通过调整谐振器，我们致力于稳定单次振荡并提高输出。在激光雷达系统开发的第一年，我们为波长计搭建了绝对波长校准系统，但在波长计校准实验中，它不能用来控制Ti:s激光器的波长，这意味着需要观察来校准问题是它必须停止。为了进行绝对波长校准，同时用波长计控制Ti:s激光器的振荡波长，我们将波长计的参考光源从波长稳定的氦氖激光束改为无多普勒激光束。我们正在尝试用锁定激光束代替它。我们还结合发射激光和接收光学系统对Ca+和Ca进行了激光雷达观测实验，成功获得了离子和原子的有效共振散射信号。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

共鳴散乱ライダーによる中間圏・熱圏下部金属層観測のためのレーザーシステムの開発

开发使用共振散射激光雷达观测中间层和热层下金属层的激光系统

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
音瀬めぐみ;佐藤昂大;橋本彩香;大饗千彰;桂川眞幸;江尻省;中村卓司
通讯作者：
中村卓司

超高層大気観測を目的とした二波長共鳴散乱ライダーの開発

用于高层大气观测的双波长共振散射激光雷达的研制

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
橋本彩香; 音瀬めぐみ; 小林蒼汰; 大饗千彰; 桂川眞幸; 江尻省; 西山尚典; 中村卓司
通讯作者：
中村卓司

多様な原子・イオン種の観測を目的とした共鳴散乱ライダーシステムの開発

开发用于观察各种原子和离子物种的共振散射激光雷达系统

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
橋本彩香; 音瀬めぐみ; 小林蒼汰; 大饗千彰; 桂川眞幸; 江尻省; 中村卓司; 西山尚典
通讯作者：
西山尚典

金属原子・イオン層同時観測可能な共鳴散乱ライダーの開発

开发可同时观察金属原子和离子层的共振散射激光雷达

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
江尻省;桂川眞幸;津田卓雄;中村卓司
通讯作者：
中村卓司

Development of a resonance scattering lidar for simultaneous observation of meteoric metal atom and ion

开发用于同时观测流星金属原子和离子的共振散射激光雷达

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mitsumu K. Ejiri; Masayuki Katsuragawa; Ayaka Hashimoto; Sota Kobayashi; Takuo T. Tsuda; Takuji Nakamura
通讯作者：
Takuji Nakamura