[P-EM12] Coupling Processes in the Atmosphere-Ionosphere System

[PEM12-20] 共鳴散乱Ca/Ca⁺ライダー: CaおよびCa⁺層の同時観測と温度・風速計測への展開

*橋本 彩香¹、江尻 省^2,3、小林 蒼汰¹、三好 咲也子¹、宮城 晃¹、中川 賢一¹、津田 卓雄¹、大饗 千彰¹、中村 卓司^2,3、桂川 眞幸^1,2 (1.電気通信大学、2.国立極地研究所、3.総合研究大学院大学)

キーワード：共鳴散乱ライダー、カルシウム原子、カルシウムイオン、チタンサファイアレーザー

地球大気の大気圏・電離圏の遷移領域に分布する流星起源のCaとCa⁺の双方を同時に観測することができる共鳴散乱Ca/Ca⁺ライダーを開発してきた。ライダーは二波長注入同期ナノ秒パルスTi:sapphireレーザーをシステムの核としている。このレーザーは、単一のレーザー共振器からCaとCa⁺のそれぞれの共鳴遷移（Ca: 845.5836 nm; Ca⁺: 786.9540 nm）に同調された二波長を同時に発振できることに際立った特長をもつ。レーザー共振器の出力結合ミラーに正確な波長依存性を持たせることで、50 nm以上も離れた上記二波長の同時発振を実現した。

ライダーシステムとしての開発が一定の段階に達したので、長時間にわたる同時観測を初めて試みた。一晩に渡るCaおよびCa⁺の同時観測をおこなうことができた（24, Dec., 2024）。CaとCa⁺はどちらも一晩を通して80-105 km高度領域に分布しており、その消長は一見して多くの箇所で類似しているが、複雑な時空構造の振舞いとは異なるところがあり、さらに詳細な解析が必要である。

このライダーシステムは高い周波数純度（30 MHz）と周波数精度（数MHz）をもつ。周波数掃引をおこなうことで計測されるドップラープロファイルから観測高度域の温度と風速を計測する能力も持っている。実際に、周波数掃引を3分周期に設定し、1時間に渡るCa⁺温度の連続観測を試みた。計測されたドップラープロファイル形状から、Ca⁺を対象に、超高層大気域のイオン温度計測（平均: 168±6 K, 15, Jan., 2025）をおこなえることを確かめることができた。

当日は、開発したライダーシステムの装置側に重点をおいて、このライダーシステムを用いて何ができるか、今後、どのようなことが期待できるかについて報告したい。