光トラップを利用した氷晶の衝突帯電機構の解明

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雷は最も身近な自然現象の一つだが、実はその発生機構は根本的なところがまだ解明されていない。雷雲の中では、氷の粒子同士が互いに衝突することによって静電気を帯び、雷雲の下部には負の電荷が上部には正の電荷が蓄積する。こうして蓄積した電気が空気の絶縁を破って地面や雲内に放電したものが雷である。しかし、同じ物質である氷同士の衝突で正・負の電荷が生じる理由、また、正・負の電荷が生じたとしても、符号によって上下反対方向に運ばれる理由が明らかになっていない。本研究では、光トラップによって氷の微結晶を空中に静止させ、光の放射圧で加速した氷晶を衝突させて帯電の様子をその場観測する。衝突する氷晶の形状・衝突速度等を厳密に指定した実験から帯電の極性を決める属性を明らかにし、百年来の課題である雷雲の電荷分離機構の理解を前進させることが本研究の目的である。前年度までの研究により、ほとんどの場合に、光トラップ内で衝突した氷晶同士は合体してしまうことが明らかになった。環境の温度を-５℃から-35℃まで変化させてもこの状況は変わらなかった。そこで2022年度は、氷晶同士が分離衝突をする状況を作り出すために、一旦光トラップ内での衝突実験を離れ、細線上に成長したマクロな氷にレーザー光の放射圧で加速した氷晶を衝突させる実験を試みた。しかしながら、マクロな氷がレーザー光を吸収して融解してしまうことがわかり、この方法も断念することになった。放射圧による運動制御を前提とする限り、衝突させる氷晶の大きさには制限があると考えられる。