高感度大気光観測装置の開発とロケットS-310-20号機による夜間大気光の観測結果

近赤外領域での夜間大気光の高度分布や空間分布を研究するためにロケット搭載用の高感度大気光観測装置の開発を行った。また本装置によるロケット実験を実施し, 夜間O_2 Infrared Atmospheric (0-0) band大気光の観測に成功した。本装置は液体窒素で冷却したGe素子を用いており, これまでのPbS素子に比ベ20倍以上の高感度を有し, 応答速度も速い特長を持つ。冷却系は真空断熱方式を採用し, 液体窒素容器をガラス繊維強化プラスチックで水平方向に吊って支えることで観測器を小型化し, 熱の流入を小さく抑えた。ロケット観測は, 1990年1月28日日本時間午前4時30分に, 鹿児島宇宙空間観測所(131゜E, 31゜N)で観測ロケットS-310-20号機に本装置を搭載して実施され, ロケット飛翔中の観測装置は正常に動作した。観測された0_2 1.27μm大気光の天頂強度は207.1±2.4kRで, これまでのロケット観測結果に比べて約2∿3倍強く, 単位体積あたりの放射率の高度分布には,高度92kmと高度83kmにピークをもつ2層構造が見られた。上層の発光強度は下層に比べて約4倍強い。同じロケットでの0_2 Herzberg 1大気光の測定から得られた酸素原子密度分布を用いた解析から, 上層の成分については酸素原子再結合過程によるO_2 (^1⊿_g)の生成率の最適値としてε=0.75を得た。この値は酸素原子密度の測定精度を考慮にいれると, McDade et al. (1987)によるε=0.6と矛盾するものではない。また, 下層の成分については, OH (υ≩3)と酸素分子の衝突による励起過程で説明することができる。今回, これまでOH大気光について報告されていた発光強度の非一様な空間構造が0_2 1.27μm大気光に関しても初めて見いだされた。観測から得られた変動の大きさは天頂強度にして最大約20%で, これはO_2 1.27μm大気光の強度では約40kRに相当する。

A near infrared airglow radiometer with Ge detectors working at the liquid nitrogen temperature has been developed for the rocket measurement of the O_2 1.27μm emission in the night airglow. Inside the vacuum chamber, a small liquid nitrogen reservoir was hung with the GFRP ropes. The detectors were mounted on the top of the reservoir. A sensitivity of the radiometer with cooled Ge detectors was more than 20 times as high as that with PbS detectors. Rocket measurement of the airglow has been carried out by the S-310-20 flown from Uchinoura (131°E, 31 °N) on the night of January 28,1990. The derived zenith intensity for the O_2 1.27μm airglow is 207.1±2.4kR. Altitude distribution of the volume emission rate clearly showed a double layered structure, and the integrated volume emission rate of the upper layer is about four times as much as that of the lower layer. Using the atomic oxygen (O) concentration deduced from the simultaneous measurement of O_2 Herzberg I airglow, it is shown that the three-body recombination of 0 with an efficiency of 0.75 is appropriate to produce O_2 (^1⊿g) above 90km. Below 90km, it is shown that the chemical reaction between O_2 and vibrationally excited OH is possible to form the lower layer. The spatial variations of the limb brigtness suggest that the zenith intensities of the 0_2 1.27μm airglow are horizontally inhomogeneous with the magnitude of about 20% (40kR).

資料番号: SA0166333000