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システムデザイン学部 電子情報システム工学科
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花粉がどこを飛んでいるのかを観測するレーザー技術とは？
はるか上空の花粉を見つけるために
毎年春になると、多くの人が悩まされるのが花粉症です。日本国内では環境省や民間の気象情報会社などが、花粉がどのように飛散しているのかを観測し、風などの気象データに基づいた予報を公開しています。
従来の花粉の飛散状況を観測する方法は、地上に花粉観測器を多数設置し、どの地域でどの程度の花粉が収集されたかというデータを集め、それを反映した地図を作成するというものでした。しかし、この方法では、遠くの山から飛んでくる花粉が地表からはるか上空ではどのように飛散しているのかはわかりません。そこで注目されているのが、「ライダー（LIDAR）」と呼ばれる機器を使った観測方法です。
空に向かってレーザーを放つライダー
ライダーとは、レーザー光線を用いた観測装置です。大気中にレーザーを照射し、それが大気中の微粒子に当たって散乱する様子を計測します。従来の方法では観測しにくかった、人の手の届かない上空を飛散する花粉の様子も、ライダーで地上からレーザーを照射することで観測できるようになるのです。ライダーによる観測を従来の観測方法に組み合わせれば、気象条件によって花粉がどのように飛散するか、さらに精度の高い予測が可能になると言われています。そうすれば、花粉症に苦しむ人たちの悩みも、今後はもっと軽減されるかもしれません。
部屋の中の微粒子もレーザーで発見
レーザー光線による空気中の微粒子の観測技術は、屋内においても有効です。部屋の中のどのあたりに花粉やハウスダストが漂っているのか、弱いレーザーを照射して測定する装置が開発されています。これらの観測技術は、精密機器を組み立てる工場のクリーンルームでの活用や、一般家庭のエアコンや空気清浄機の効率化にも役立つと考えられています。このように、目には見えない大気中の微粒子の観測にも、さまざまな試みや工夫が行われているのです。
大気圏と宇宙空間の狭間で、何が起こっているのかを観測するには？
高度100キロの世界を観測するには？
科学技術が高度に発展した現在でも、地球には人間の手がなかなか及ばない場所がまだたくさん残されています。例えば、地表を覆う大気圏の中でも、一般的な旅客機が飛ぶのは高度10キロくらいまでです。ラジオゾンデという観測気球を用いても、高度30キロ程度までしか観測できません。さらに上空、高度100キロ前後にある大気圏と宇宙空間の狭間にあたる場所は、従来のやり方では観測することが非常に困難で、ロケットで観測装置を打ち上げるなどの方法が試されていました。
流れ星のかすがたまっている場所
そこで注目されているのが、「ライダー（LIDAR）」と呼ばれる装置を利用し、この高度100キロの場所に向けて、地上からレーザーを照射して観測するという方法です。地球では、宇宙に漂う小さな塵が大気に突入して発光する流れ星が見られますが、大気圏と宇宙空間の狭間の一帯には、こうした流れ星のかすが滞留しています。ライダーを用いて地上からここにレーザーを照射すると、かすに含まれるナトリウムやカリウムなどの物質が光るので、その密度や一帯の温度が把握できるようになるのです。ロケットで観測装置を打ち上げる方法に比べると、はるかに低コストで済むというメリットもあります。
地球環境全体の変動の観測に役立つ
このライダーを用いた観測施設を、世界各地に設置しようとする動きがあります。日本でも、南極の昭和基地にライダーを持ち込んで観測する計画が進められています。地球上空の大気は、赤道付近から上昇して北極と南極に向かって下降するという流れで大きく循環していると言われていますが、ライダーを使って各観測地点のはるか上空の大気の状態を観測すれば、地球環境全体の変動の観測に役立つのではないかと期待されています。こうした観測技術によって、私たちの知らない世界がまた一つ明らかになろうとしています。
高校生・受験生の皆さんへのメッセージ
システムというのは、個々の要素技術が統合され、それが大きな力を発揮するものです。そのようなシステム技術者や研究者には、個々の技術の知識も必要ですが、全体を統合的にとらえ、分野横断的に考えることも求められます。高校生のあなたには、ぜひ幅広い分野の勉強をするとともに、なるべく多くの「遊び」や「冒険」を経験してほしいと思います。遊びもネットやゲームだけでなく、自然やたくさんの人、そして文化に触れるような、リアルな経験がよいです。将来きっと役に立つと思いますよ。
夢ナビ編集部監修
