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

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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。