南極ドームふじの シーイング － 雪面 から高さ 15m で 0.2 秒 角 －
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南南南南南南南南南南南南南 南南南南南南 － 15m 南 0.2 南南－ 沖沖沖沖 沖沖 、 沖 沖沖沖沖沖 、（ 沖沖沖沖）、 Michael C. B. Ashley, Colin S. Bonner (UNSW), 沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖 （） 、沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖 （） 2013 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 「 2020 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 - 沖沖沖沖沖沖沖沖」 1. 南南 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖 （ 77 O 19’ 沖沖 、 3,810m 沖 、 1 ）沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 -80℃ 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖 、、 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 0.21 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 18m 沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖（ Swain & Gallee 2006; Saunders et al. 2009 沖 、 2, 3 ） 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 、。 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 2006 沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖。 2. 南南 沖沖沖沖 48 ～ 54 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 。 9沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 。 SODAR 沖 2006/2007 沖 、 Snodar 沖 2011 沖 、 Pt 沖沖沖沖 2011 沖 、 Tohoku DIMM 沖 2011 沖 、 DF-DIMM 沖 2013 沖 1 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 。、 沖沖沖沖沖 2 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖、 4 沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 （ 10 ）沖沖 11 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 （ 沖 沖沖 沖沖沖 沖沖 沖沖沖沖 ＝、＝）。 3. 南南 5. 南南 We acknowledge the National Institute of Polar Research and the 48th - 54th Japanese Antarctic Research Expeditions. This research is supported by the National Institute of Polar Research through Project Research no.KP-12, the Grants-in-Aid for Scientific Research 18340050 and 23103002, the Australian Research Council and Australian government infrastructure funding managed by Astronomy Australia Limited. Hirofumi Okita thanks the Sasakawa Scientific Research Grant from The Japan Science Society, and Tohoku University International Advanced Research and Education Organization for scholarships and research expenses. 沖 1 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 Murata et al. (2009) 沖 2 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖 Swain & Gallee (2006) 沖 3 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖 Saunders et al. (2009) 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖 。、 南南南南南南南南南南南南南南南 15m 南 0.2 南南南南南南南南南南南南南 沖沖沖沖沖沖 。 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 SODAR ・ Snodar 沖 （ 4, 5 ）沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 C T 2 沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖 （） 沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 16m 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 4 沖沖 Pt 沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 （ 6 ） 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 。 2m 沖沖 11m 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 DIMM 沖沖沖沖沖沖沖沖沖。 DIMM 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 （＝）。 Tohoku DIMM 沖沖沖沖 、 DF-DIMM 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 9m 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖 、 沖 （ 7, 8 ）沖 [email protected] 沖 4 SODAR Takato et al. (2008) 沖 5 Snodar 沖 6 16m 沖沖沖沖沖沖 Pt 沖沖沖 沖沖沖 沖沖沖沖沖 （） 沖 7 Tohoku DIMM 沖 8 DF-DIMM Okita et al. (2013) 沖沖 沖沖 沖 9 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 10 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 11 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖 沖 。 12 沖沖沖 ） Pt 沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 （ × ： 0.3m, 沖 □ ： 9.5m, 沖○ ： 12m, 沖△ ： 15.8m ） 沖沖沖 沖沖沖沖 、） 沖 （ × ： 0.3- 9.5m 沖沖沖沖沖沖 沖□ 、 ： 9.5-15.8m 沖沖沖沖 沖沖 ） 沖沖沖 、） Snodar 沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖、 沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖 、 0.3-0.9m 沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 。 沖 13 沖 0.3-0.9m 沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖 0.5℃/m 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖 、 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 （ 1 ）沖 沖12 沖沖） Pt 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖 沖沖沖沖沖 沖沖沖 、）、） Snodar 沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 4. 南南南南南 沖 13 0.3-0.9m 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 1 沖沖 南南南南南南南南南南南南南 Median 15.3m 沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖15m 沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 50% 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖1 2011沖1沖～ 6 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖 （、） 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖。 沖 14 沖 DF-DIMM 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 11m 沖沖沖沖沖沖 沖沖 （ 20 沖沖）沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 、 沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 。 沖沖 16 沖 沖 ～ 6 沖沖沖沖沖沖沖 0.2 沖沖沖沖 、 6沖 ～ 16 沖沖沖沖沖沖沖 0.5 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 14 DF-DIMM 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 11m 沖沖沖 沖沖沖 沖沖 （ 20 沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 ） 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 DIMM 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 。 沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 、。 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 、、 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖（ 6-16 沖）沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 。 沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖 。 （ 16-6 沖）沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖 、 南南南南南南南南南南 0.2 南南南南 沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖 。 15m 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖、 0.2 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖。 沖沖沖沖（ 6-16 沖）沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 、。 沖 15 沖 SODAR 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 。 8 沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖、 14 沖沖沖 300m 沖沖沖沖 沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖沖 沖 15 SODAR 沖沖沖沖沖沖沖沖 40-400m 沖沖沖沖沖
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2013 年度光赤天連シンポジウム 「 2020 年代の光赤外天文学 - 将来計画の再構成」. 南極ドームふじの シーイング － 雪面 から高さ 15m で 0.2 秒 角 －. 沖田博文、市川 隆、小山拓也（ 東北大学 ） 、 Michael C. B. Ashley, Colin S. Bonner (UNSW), 高遠 徳 尚 （ ハワイ観測所 ） 、 本山秀明（ 国立極地研究所）. 極夜. [email protected]. 白夜. 1. 概要. 4 . 結果と考察. - PowerPoint PPT Presentation
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南極ドームふじのシーイング －雪面から高さ 15mで 0.2秒角－沖田博文、市川隆、小山拓也（東北大学）、 Michael C. B. Ashley, Colin S. Bonner (UNSW),
高遠徳尚（ハワイ観測所）、本山秀明（国立極地研究所）
2013 年度光赤天連シンポジウム 「 2020 年代の光赤外天文学 - 将来計画の再構成」
1. 概要 南極大陸内陸高原に位置するドームふじ基地（南緯 77O19’ 、 標 高 3,810m 、 図 1 ） はその高い標高と冬期 -80℃ の低温環境によって大気中に含まれる水蒸気量が極めて少なく、かつ地球大気の赤外線放射も極めて弱く、さらに気象シミュレーションから0.21 秒角のシーイングが雪面 18m で得られると予想されており（ Swain & Gallee 2006; Saunders et al. 2009 、図 2, 3 ）、地球上で最も優れた観測地であると考えられている。そこで南極天文コンソーシアムではドームふじ基地の天文観測条件調査を 2006 年から継続して行ってきた。
2. 装置
観測は第 48 ～ 54 次日本南極地域観測隊で順次実施した。図 9 に各観測装置による大気擾乱の 測 定 範 囲 を 示 す 。 SODAR は 2006/2007年 、 Snodar は 2011 年 、 Pt 温 度 計 は 2011年 、 Tohoku DIMM は 2011 年 、 DF-DIMM は2013 年 1 月に観測を実施した。尚、ドームふじ基地は高緯度に位置するため 2 月中旬までは太陽が全く沈まない白夜、 4 月下旬以降は太陽が全く昇らない極夜となる（図 10 ）。図 11 に各観測装置の観測期間（白夜＝赤、極夜＝青）を示す。
3. 観測
5. 謝辞We acknowledge the National Institute of Polar Research and the 48th - 54th Japanese Antarctic Research Expeditions. This research is supported by the National Institute of Polar Research through Project Research no.KP-12, the Grants-in-Aid for Scientific Research 18340050 and 23103002, the Australian Research Council and Australian government infrastructure funding managed by Astronomy Australia Limited. Hirofumi Okita thanks the Sasakawa Scientific Research Grant from The Japan Science Society, and Tohoku University International Advanced Research and Education Organization for scholarships and research expenses.
図 1 ドームふじ基地の位置Murata et al. (2009)
図 2 接地境界層の高さのシミュレーション結果Swain & Gallee (2006)
図 3 自由大気シーイングのシミュレーション結果Saunders et al. (2009)
本ポスター発表はドームふじ基地で行ってきたシーイング調査の結果を示すものである。観測の結果、ドームふじ基地では雪面から高さ 15m で 0.2秒角のシーイングが得られる事が判明した。
ドームふじ基地のシーイング及び上空の大気擾乱を測定するため様々な観測装置を用いて観測を行った。 SODAR ・ Snodar （図 4, 5 ）は音波を発してその後方散乱を測定することで上空の CT
2 （大気擾乱強度）を求める装置である。また雪面付近は放射冷却によって強い温度勾配が生じ、大気擾乱の原因と考えられることから高さ 16m の気象タワーに取り付けた 4 台の Pt 温度計を用いて雪面付近の温度を測定した（図 6 ）。加えて雪面から高さ 2m 及び 11m でのシーイングを測定するため DIMM による観測も行った。 DIMM は設置高さから上空の大気擾乱の積分量（＝シーイング）を観測する装置である。 Tohoku DIMM は雪面に、 DF-DIMM は雪面付近の強い大気擾乱の影響を排除するため高さ9m のステージを建設し、その上に設置した（図 7,
8 ）。
図 4 SODAR Takato et al. (2008)
図 5 Snodar
図 6 16m 気象タワーと Pt温度センサー（遮光覆い）
図 7 Tohoku DIMM 図 8 DF-DIMMOkita et al. (2013)
極夜
白夜
図 9 各観測装置の大気擾乱測定範囲
図 10 ドームふじ基地における太陽高度変化 図 11 各観測装置による観測期間
接地境界層の高さについて結果を示し考察する。図12 は上段） Pt 温度計で測定した雪面付近の温度（赤× ： 0.3m, 青□： 9.5m, 緑○： 12m, 黒△： 15.8m ）、中段）温度勾配（赤 × ： 0.3-9.5m 間の温度勾配、青□：9.5-15.8m 間の温度勾配）、下段）Snodar で測定した大気擾乱強度分布から求めた接地境界層の高さ、である。ここで晴天時は放射冷却によって雪面付近に強い温度勾配が生じると考えられることか ら 、 0.3-0.9m 間 の 温 度勾配は天候条件を表していると考えられる。図 13 は0.3-0.9m 間の温度勾配と接地境界層の高さの相関である。ここで 0.5 /m℃ 以上を晴天と見なし、晴天時の接地境界層の高さを調べた（表 1 ）。
図 12 上段） Pt 温度計で測定した雪面付近の温度、中段）温度勾配、下段） Snodar で測定した大気擾乱強度分布から求めた接地境界層の高さ
4. 結果と考察
図 13 0.3-0.9m 間の温度勾配と接地境界層の高さの相関
表 1 より晴天時の接地境界層の高さは Median 15.3m であった。これは望遠鏡を雪面から 15m 程度以上の高さに設置すれば 50% の確率で接地境界層の影響なく観測出来ることを意味するというものである。
表 1 2011 年 1 月～ 6 月の各月と全期間の接地境界層の高さ（全天候時、晴天時の場合）
次に自由大気シーイングについて結果を示し考察する。図 14 は DF-DIMM によって得られた雪面から高さ 11m のシーイング（合計 20 日間）を、時刻をそろえて重ね合わせた図である。シーイング値の最小値に注目するとその値は 16 時～翌 6 時頃の時間帯に 0.2 秒角程度、 6 時～ 16 時頃の時間帯に 0.5 秒角程度であった。
図 14 DF-DIMM によって得られた雪面から高さ 11m のシーイング（合計 20 日間）を時刻をそろえて重ね合わせた図
ここで接地境界層の DIMM 観測に与える影響について考える。南極では雪面付近に生じる強い温度勾配によって、極めて強い大気擾乱が雪面付近に局在し接地境界層を形成している。もし望遠鏡の設置高より接地境界層が高い場合は観測されるシーイングは悪く、大きな値となり、逆に接地境界層が望遠鏡設置高より低い場合は接地境界層の影響を全く受けない「自由大気シーイング」が得られる、と考えられる。
よって日中（ 6-16 時）のシーイングの最小値から太陽からの熱エネルギー流入によって大気対流が生じ、その結果シーイングが悪くなっていると考えられる。太陽の沈まない白夜の期間に天文観測を行う場合には注意が必要であると言える。そして夜間（ 16-6 時）のシーイングの最小値から、ドームふじ基地の自由大気シーイングは 0.2秒角程度だと考えられる。これは高さ 15m 程度の接地境界層より高い場所に望遠鏡を設置すれば、 0.2 秒角程度のシーイングが得られる事を意味するものである。
ま た 日 中 （ 6-16 時 ） は 太 陽熱によって大気対流が生じ、その結果シーイングが悪くなるとも考えられ る 。 図 15 に SODAR の 観 測 によって得られた上空の大気擾乱の時間変化を示す。 8 時頃から大気擾乱が生じて徐々に上昇し、 14時頃に 300m まで上昇してその後散逸する様子がわかる。
図 15 SODAR によって得られた 40-400m の大気擾乱
