論文関連の(ほぼ)個人用メモ。



arXiv:1711.01555
Takahashi et al. (2017)
Polarized Transmission Spectrum of Earth as Observed during a Lunar Eclipse
(月食時に観測された地球の偏光透過スペクトル)

概要

月食の最中に発生する偏光は，忘れられた謎である．

Coyne & Pellicori (1970) は 1968 年 4 月 13 日の月食の最中に，明確な偏光を検出したことを報告している．
太陽光が地球の大気を最初に通過する際の多重散乱がこの偏光の原因であると示唆されたものの，ここでは原因について決定的な結論は出されていない．月食中に検出される偏光については，これ以上の調査は知られていない．

ここでは月食中に観測される偏光の謎について，系外惑星への応用への可能性という点から調査を行った．例えば，惑星の大気を通過した恒星の光が実際に偏光していた場合，”トランジット偏光観測 (transit polarimetry)” を使って系外惑星の大気を調べることが出来る．


ここでは，2015 年 4 月 4 日に発生した月食の観測結果について報告する．この観測結果は，月の初めての分光偏光観測である．

観測の結果，500 - 500 nm の波長で 2-3%の偏光度を示すことが分かった．さらに，760 nm 付近の O₂ A バンドでの増幅されたスペクトルの特徴を検出した．

今回観測された時間変動と波長依存性は，緯度方向の大気の不均一性を伴う，太陽光が地球大気を最初に通過する際の二重散乱によって引き起こされる偏光と一致した．

月食の際の偏光観測を元にすると，系外惑星のトランジット偏光観測は，惑星大気中の酸素分子ガスを検出し，また大気の緯度方向の不均一性を探るのに有用である．従って，系外惑星のトランジット偏光観測の可能性については真剣に考慮する価値があると考えられる．

月食時の偏光観測

Coyne & Pellicori (1970) による偏光観測

Coyne & Pellicori (1970) は，1968 年 4 月 13 日に起きた月食の最中に月面の反射光を観測し ~ 2%の偏光が起きていることを発見した．

しかしこの偏光の原因は謎であった．
月食は，太陽・地球・月がほぼ直列した位置関係にある際に発生する．一般的に偏光が発生するためには，電磁波振動の方向に対するいくらかの非等方性が必要とされる．そのため，月食時のような直線的な光の進路では，観測されたレベルの偏光を生むのは難しいと考えられた．

一方で月食の最中の月は，地球大気を通過した太陽光によって照らされる．そのため，地球大気中の散乱光は，月食の最中における月の輝度に寄与する．
しかし散乱角度が ~ 2° よりも小さい散乱角での一回散乱では，過去に報告されているような ~ 2% の偏光を起こすことは難しい．そのため，多重散乱，特に二重散乱が偏光の起源であることが示唆されていたが，明確な結論には到達していなかった．

系外惑星観測との関連

最近の系外惑星科学の進展において，月食観測は新しい役割を持つことになった．

月食が起きる際の幾何学な配置は，系外惑星が主星の手前をトランジットする状況と類似している．したがって月食は，地球をトランジット惑星とみなして地上から観測する機会を与え，さらに地上観測によって地球大気の透過スペクトルを得る機会にもなる (Palle et al. 2009など)．これは地球に類似した系外惑星の将来的な分光観測の際にも役立つ．

観測

2015 年 4 月 4 日の月食を観測した．

観測には 8.2 m 口径のすばる望遠鏡を用い，Faint Object Camera and Spectrograph (FOCAS) を用いて観測した．

Le Gentil A クレーターを視野の中心とした範囲の観測を行った (Le Gentil クレーターは，天文学者ギヨーム・ル・ジャンティに因んで命名されたクレーター)．

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