地上分光観測による金星下層大気における H2Oの半球分布の導出 岩上研究室 M2 粕谷紳太郎 目次 I. Introduction ・ 金星 ・ 過去の観測 II. 金星夜面の観測 ・ 目的＆観測概要 ・ Scan III. 定量方法 ・ スペクトルの合成 ・ 熱放射 ・ 迷光成分の除去 ・ H2Oの定量 IV. 結果 V. まとめ&課題 図1 Galileoによる金星夜面 金星 表1 金星の各パラメータ 図2 各波長の高度情報 過去の観測 その場観測 時間・空間共に限られ てしまう。 大気窓利用 [V. S. Meadows＆D.Crisp, 1996 ] 最下層大気の観測 ・観測例があまりなく、広い領域を観測した研究は数例。 ・その場観測での水蒸気量の変化は、地上観測を含めて確認さ れていない。 アプローチ：最下層での水蒸気の広域分布を調べ、水蒸 気の濃淡やソースの理解につなげる。 目的 1.18μmの金星夜面の熱放射スペクトルを解析し、下層大気（～15km）にお ける水蒸気量の半球分布を導出し、水蒸気の集中する領域の特定したい 観測概要 Date ： May 11, 2004 Local time ： 19:43‐20:12 (JST) Observatory ： 県立ぐんま天文台(GAO) Telescope ： 口径150cm 反射望遠鏡 Instrument ： 赤外アレイHAWAII, 1024×1024 Object ：Nightside Thermal Emission Spectral range ： 1.17~1.32μm Spectral resolution ： ～1500 Seeing ： ~2.5″ Slit width ： 1.0″ Pixel pitch ： 0.4″ Diameter ： 42″ slit 1” pix 0.4” nightside 81% 0.6” /min 図4 観測状況 Scan ピクセル番号 金星の動き Slit 図5 公転差スキャン スリット番号 図4 1.18µmの熱放射分布 地球と金星の公転方向速度差を利 用してスリットを移動させる「公転差 スキャン」 定量手順 transmission 2000 Observed Thermal Emission Contaminant 1000 0 7600 7800 8000 8200 8400 wavenumber (cm -1) 8600 図6 スペクトル例 ① 地球大気・金星大気の透過率を求める ② 昼面からの迷光成分の除去 ③ 金星熱放射スペクトルを合成し、H 2O 混合比を定量 地球大気吸収スペクトルの合成 60 H2O 50 Altitude (km) スペクトルの合成に用いたデータ ・分子吸収線データベースHITRAN2004 ・地球大気モデルのMSIS ・観測の際に同時に観測した標準星のスペクトル N2 O CH 4 40 30 20 10 O3 0 -9 10 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 mixing ratio 図7 地球大気微量成分分布 1 transmission transmission 1 0.5 0.5 calc Star 0 8100 8200 8300 8400 wavenumber (cm -1) 8500 8600 0 8000 8100 8200 8300 8400 wavenumber(cm -1) 図 地球大気透過率 8500 8600 金星大気吸収スペクトルの合成 スペクトルの合成に用いたデータ ・分子吸収線データベースHITRAN2004 ・およびその高温高圧環境用HITEMP ・金星大気経験モデルVIRA transmission 1 0.5 0 8000 図8 金星大気微量成分分布（Pollack,1993） 8100 8200 8300 8400 wavenumber(cm -1) 図11 金星大気の透過率 8500 8600 熱放射 観測される熱放射 I est : 熱放射 finst : 装置関数 I I est finst TE Itherm C1I sunTV C2 I空 : 畳み込み T : 透過率 finst TE Itherm finst TE C1I sunTV C2 I空 Thermal Emission Contaminant 地表面の黒体放射： B0、地表から観測者まで の透過率T 0、 高度Zでは、 B ( z )、 T ( z )、とすると Itherm は、 I therm B0T0 B(z ) 0 dT ( z ) dz dz 地面成分 dT ( z ) dz は荷重関数、 B( z ) 大気成分 dT ( z ) dz は寄与関数。 height(km) 30 20 10 0 0 10 20 weight(%/km) -1 図 寄与関数（8450±50cm ) 迷光成分のスペクトル合成 I cont f inst TE C1I sunTV C2 I空 8100 8200 8300 8400 wavenumber(cm -1) 8500 8600 ×α ＋ 0.5 0 8000 8100 8200 8300 8400 wavenumber(cm -1) 8500 transmission × 0.5 0 8000 1 1 transmission ×（1－α） 0.5 0 8000 8600 8100 8200 8300 8400 wavenumber(cm -1) 8500 8600 1000 合成に用いるデータ ・地球・金星大気透過率 ・太陽大気での吸収 αを変化させて観測スペクトルに合 わせて決定 transmission transmission 1 500 0 8000 8100 8200 8300 8400 wavenumber ( cm-1) 8500 8600 迷光成分の除去 night 500 day 0 8000 8100 8200 8300 8400 8500 8600 1000 wavenumber ( cm-1) 合成したスペクトルを観測の traE スペクトルから除く traV obsV star V20E80 V30E70 transmission transmission 1000 Obs Model 差分 500 0 8000 8100 8200 8300 8400 8500 8600 wavenumber (cm -1) 1500 5000 13-28 5－28 25-9 11－28 4000 1000 3000 2000 500 1000 0 8000 3000 0 8100 8200 8300 8400 8500 8600 13-18 5－20 8000 4000 8100 8200 8300 8400 8500 8600 25-18 8000 11－20 3000 6000 2000 4000 1000 2000 2000 1000 0 0 8000 8100 8200 8300 8400 8500 8600 0 8100 8200 8300 8400 8500 8600 8000 8100 8200 8300 8400 8500 8600 8400 8500 8600 5000 1000 800 8000 42-18 28－20 13-9 5－13 4000 600 3000 400 2000 200 1000 0 0 11－13 25-28 28－13 42-9 30000 20000 10000 8000 8100 8200 8300 8400 8500 8600 8000 0 8100 8200 8300 8400 8500 8600 8000 8100 8200 8300 H 2O混合比の定量 熱放射 I est finst TE I therm I calc01 finst (TE I therm01 ) I calc00 f inst (TE I therm00 ) transmission 計算スペクトル 2000 1000 0 観測スペクトルのトレンドを除く Robs I I obs Lobs , Rcalc 10 Lcalc I 00 I 00 フィルタ幅 20(cm1 ) で平滑化 I calc 10 I calc 00 Obs 8400 8500 8600 wavenumber(cm -1) 1.5 1 R calc Lcalc Lobs 0.5 R obs , LH ）を除去 トレンド（ Lobs R H obs ln obs Lobs R H calc ln calc Lcalc 0 8400 8450 8500 Wavenumber (/cm) wavenumber(cm1 ) 8550 最小二乗法でフィッティング H iobs H icalc i （ H icalc）2 i 1 1 5-28 Hi 11-28 Hi 0 -1 0 8400 8450 8500 8550 1 -1 8400 8550 1 11-20 Hi 0 18-20 Hi 0 8400 8450 8500 8550 1 0 -1 8400 8450 8500 8550 1 5-13 Hi 8450 8500 8550 -1 8400 8450 8500 8550 8450 8500 8550 1 18-13 Hi 0 8400 -1 11-13 Hi 0 -1 8500 1 5-20 Hi -1 8450 0 8400 8450 8500 8550 -1 8400 結果 誤差の評価 H 標準量との比 rm s誤差 obs ,i H calc,i i N 1.5 1.5 1.5 1 1 1 0.5 0.5 0.5 Date11 Date5 0 0 10 20 スリット番号 30 Date18 0 0 10 20 スリット番号 30 0 0 10 20 スリット番号 30 まとめ ・高度（～15km）の大気中の水蒸気量は標準の0.6~0.7倍程度。 ・他の観測結果と比較して有意な値 ・水蒸気の緯度構造は、やや極域に多い傾向が見られた。 課題 ・輝度分布から金星の縁を決め、座標をふり半球分布を作成。 ・分布から、ばらつきを見て水蒸気の集中する領域が存在する可能性 を示せるのか。 ・定量結果の見直し ・誤差の議論 おわり
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