hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己修復能を有する接着システムの再石灰化能判定への新たなるモダリティーの導入

歯質接着耐久性を向上させるために,微量元素によって象牙質の再石灰化を促進させる次世代自己修復型接着システムの再石灰化能を超音波透過法ならびに光干渉断層画像診断法(Optical Coherence Tomography,以後,OCT)を用いて検討した。その結果PRGフィラーを含有する修復システムは,歯質の脱灰抑制および石灰化作用を有することが明らかになった。また,超音波測定ならびにOCTを用いることによって,歯質における初期の脱灰および石灰化の様相を検討することが,これらのモダリティーを応用することによって可能であることが示された。齲蝕は,脱灰と再石灰化の揺れ動く過程であり,これが脱灰の方向に傾くことで生じる病変である。そこで,この動的平衡をいかにコントロールするかが重要であり,これをコントロールすることを目的として,イオン徐放性のPRGフィラーの臨床応用が提案されている。PRGフィラーは,フッ化アルミノシリケートガラスを粉砕後,ポリアクリル酸による表面処理を行い,ガラス表層部に安定なグラスアイオノマー層を形成させたものである。そこで,このPRGフィラーからのイオン抽出物をもちいて,その石灰化促進剤の効果について光干渉断層画像法(以後OCT)を用いて検討した。さらに,超音波透過法を用いることによって,その考察材料とした。また,歯質の形態学的な変化をレーザ顕微鏡を用いて観察するとともに,SEMによる表面性状評価を行った。実験には,ウシ抜去下顎前歯の唇側エナメル質あるいは象牙質をブロックとして切り出し,耐水性シリコンカーバイドペーパーの#2000まで順次研磨した後,超音波洗浄したものを用いた。これらの試片を,pH4.75に調整した乳酸緩衝脱灰液2mlに10分間浸漬した後,人工唾液中に保管した。なお,この脱灰サイクルは,実験期間を通じて一日2回繰り返した。これらの試片について,超音波送受信装置を用いるとともに,SLD光源から照射された光線が,対象物の内部に入射し,反射あるいは散乱する様相を光学干渉計によって捉えるもので,測定対象の内部構造を光干渉強度と内部位置情報から,精密断層像を得るOCTによって歯質における変化を詳細に分析した。その結果,PRGフィラーからの抽出液は,歯質に生じる脱灰を抑制するとともに,再石灰化を促進する効果が期待できることが示唆された。これは,歯質と象牙質との接合界面における接着層の改善にも寄与するものと考えられた。PRGフィラーからのイオン抽出物をもちいて,その石灰化促進剤の効果について光干渉断層画像法(以後OCT)を用いて検討した。実験には,ウシ抜去下顎前歯の唇側エナメル質を,耐水性シリコンカーバイドペーパーの#2000まで順次研磨した後,超音波洗浄したものを用いた。その結果,ウシエナメル質における断層像には,条件による違いが認められ,とくにPRG溶液に浸漬した群ではピーク強度の上昇が認められた。このことは,PRGフィラーから徐放された各種イオンの効果によって脱灰が抑制され,石灰化が進んだ可能性を示すものと考えられた。レーザー顕微鏡観察の結果から,De群においてエナメル質表面の凹凸が認められたが,PRG群の試片表面の削状痕は不明瞭となり,比較的平坦な像を呈した。表面粗さの変化は,De群においては浸漬期間の延長に伴って表面粗さは大きくなり,測定7日後で有意差が認められた。一方,Control群の表面粗さは,すべての測定時期で変化は認められず,PRG群においても同様であった。以上のように,PRG溶出液はエナメル質の脱灰抑制作用および再石灰化促進作用を有することが示された。齲蝕は,脱灰と再石灰化の動的平衡が崩れた結果として生じる病変であり,この動的平衡をいかにコントロールするかが重要である。これを行う手法の一つとして,多種のイオンを徐放するPRGフィラーを含有した歯面コーティング剤の使用が提案されている。

そこで,このPRGフィラー含有試作石灰化促進剤の効果について光干渉断層画像法(以後OCT)を用いて検討するとともに,超音波透過法を用いることによって,その結果を比較検討した。また,歯質の形態学的な変化をレーザ顕微鏡を用いて観察し,考察資料とした。実験には,ウシ抜去下顎前歯の唇側エナメル質あるいは象牙質をブロックとして切り出し,耐水性シリコンカーバイドペーパーの#2000まで順次研磨した後,超音波洗浄したものを用いた。これらの試片を,pH4.75に調整した乳酸緩衝脱灰液2mlに10分間浸漬した後,人工唾液中に保管した。なお,この脱灰サイクルは,実験期間を通じて一日2回繰り返した。これらの試片について,超音波送受信装置を用いるとともに,SLD光源から照射された光線が,対象物の内部に入射し,反射あるいは散乱する様相を光学干渉計によって捉えるもので,測定対象の内部構造を光干渉強度と内部位置情報から,精密断層像を得るOCTによって歯質における変化を詳細に分析した。その結果,PRGフィラーを含有した歯質コーティング材は,実験室環境において,歯質に生じる脱灰を抑制するとともに,再石灰化を促進する効果が期待できることが示された。また,再石灰化を非破壊的に評価する指標として,OCTと超音波による計測が有効であることが示された。歯質の脱灰抑制ならびに再石灰化が期待できると考えられるS-PRGフィラーの効果については,昨年度にはそのコーティング剤を用いることで確認することができている。当該年度においては,さらにS-PRGフィラーからの抽出液に着目し,イオンとしての効果について検討を加えてきた。用いているている手法は,本研究室でその精度を恒常させている歯科用OCT装置とともに,他の研究室ではほとんど使用されていないものの,その精度に関しては歯質石灰化探索には欠かすことができないとも考えられる超音波装置の応用によって,次第に明らかとされてきている。これらの成果は,逐次国内および国際学会で研究発表を行っているとともに,国内外の一流学術雑誌に投稿することによって,研究の質の検証を行うとともに,情報を経時的に発信している。このように,本研究で得られた成果は,客観的な評価を受けるとともに広く一般にも流布されるべき工夫がされており,科学研究費の費用を得たことを広く社会に考えていると考えている。歯冠修復物の口腔内における予後を支える重要な因子の一つとして,歯質接着システムの存在が挙げられる。しかし,その長期接着耐久性に関しては,必ずしも安定したものではなく,象牙質基質から放出されるMatrix Metalloproteinase (MMP)などによって劣化する可能性が指摘されていえる。したがって,接着システムの予後を考えると,脆弱な接合界面を検知する手法の立案とともに,劣化部を改善する臨床的手法に関する早急な検討が必要と考えられる。そこで本研究の目的は,象牙質接合界面における接着耐久性の向上効果を判定するモダリティーを考案するとともに,これによって欠陥の生じにくい接合界面を形成することが可能な自己修復性接着システムの一助とすることである。本年度は,試作PRGフィラーを調整し,このフィラーからの徐放イオン抽出液を精製し,各種イオン濃度を数段階に変化させたものを調整した。
高分子ブレンドの分子配向と混和性に及ぼす排除体積効果

鎖状高分子を含め、ほとんど全ての分子は分子形状またはセグメントレベルの形状に関し異方的である。この形状異方性は排除体積効果の異方性を生じ、これが高分子凝集系のセグメント配向や混和性に重大な影響を及ぼすと考えられる。本研究はこの問題にはじめて理論的および実験的検討を加えたものである。まず、格子理論に基づいてこの問題を理論的に研究し、高分子ブレンドが外力による変形を受ける際に、両高分子はその柔軟度に応じて異なる配向を示すとともに、脱混合しやすい場合と混合しやすい場合があることを予測した。次に、この予測を実験的に検証するため、アニオン、カチオン、ラジカル各リビング重合法により分布の狭いポリスチレン(PS)、ポリ(α-メチルスチレン)(PMS)、ポリビニルメチルエーテル(PVME)、少数のカルバゾール基を有するポリスチレン(PS^*)を合成し、PS/PVME、(PS+PS^*)/PVME、PMS/PVME各系の延伸に伴う配向挙動および混合/脱混合挙動を赤外二色比分光法(IRD)、レーザー光散乱法、偏光蛍光法などにより詳しく調べた。その結果、これら柔軟な高分子からなるブレンド系においては延伸により脱混合が誘起されることが確認された。一方、剛直液晶性分子と柔軟性高分子(エチレンプロピレンゴム)からなるブレンドフィルムでは、延伸誘起相溶化現象が認められた。以上の結果に基づいて、外力場により変形された高分子混合系の配向および混合挙動は両高分子の分子形状(柔軟度)、したがってエントロピー効果により重大な影響を受けると結論された。この形状異方性は排除体積効果の異方性を生じ、これが高分子凝集系のセグメント配向や近距離秩序に重大な影響を及ぼすと考えられる。本研究では、まず、格子理論に基づいてこの問題を理論的に研究し、高分子ブレンドが外力による配向を受ける際に、両高分子はその柔軟度に応じて異なる配向を示すとともに、脱混合しやすい場合と混合しやすい場合があることを予測した。次いで、アニオン重合法によりポリスチレン(PS)とポリ(α-メチルスチレン)(PMS)を、カチオン重合法によりポリビニルメチクエーテル(PVME)を合成し、共に部分相溶系であるPS/PVME系およびPMS/PVME系の延伸に伴う各成分高分子のセグメント配向をIRD法で調べた。その結果両系において、マトリックス高分子(高分子量のPSまたはPMS)の配向に伴い、ゲスト高分子(低分子量PVME)に非緩和性のセグメント配向が誘起されることを確認した。一方、両系の延伸に伴い、系の曇点が最高20°C以上も低下することが観測された両系は高温相分離(LCST)型であるため、これは延伸誘起非相溶化現象を意味する。からみ合いに関与しない分子量約3000のPVMEをゲストポリマーとするPMS系においても明確な曇点の低下が観測された。これらの結果は上記の排除体積理論の予測と半定量的に一致した。高分子混合系を流れの場におくと系の相溶性が変化する(流れ誘起相溶性化または非相溶化)現象が最近多くの注目を集めているが、その機能は必ずしも明確にされていない。平成7年度の研究で一軸延伸が柔軟な高分子からなるブレンド系の相溶性を低下させることを示したが、これは排除体積理論の予測と一致する。一方、この理論は剛直なゲスト分子に対し延伸誘起相溶化現象を予測する。これを検証するため、ネマチック液晶性棒状分子と柔軟性高分子(エチレンプロピレンゴム)からなるブレンドフィルムに一軸延伸を印加し、各成分の配向度を赤外二色比分光法(IRD)により測定するとともに、系の共存曲線に及ぼす分子配向の効果を調べた。その結果は理論の予測と一致した。

また、分子内に少数のカルバゾール基を有する分子量分布の狭いポリスチレン(PS^*)をリビングラジカル重合法で合成し、これを少量含むポリスチレン(PS)とポリビニルメチルエーテル(PVME)混合系の共存曲線に及ぼす延伸効果を偏光蛍光法により調べ、平成7年度の低角レーザー非散乱法による同種の実験と比較した結果、本系の延伸誘起非相溶化現象をより高い精度で確認することができた。以上の結果より、延伸により相溶性が変化する現象の主因は、排除体積効果つまりエントロピー効果であると結論した。これはまた、流れにより相溶性が変化する現象においても流れが分子配向を誘起することから、その要因の少なくとも一部をエントロピー効果に求めるべきであることを意味している。
Gタンパク質結合型グルタミン酸受容体mGluR4,mGluR7の中枢神経系内分布

Gタンパク質結合型グルタミン酸受容体mGluR1mGluR7のうちmGluR4/mGluR6/mGluR7は、L-AP4(L-2-amino-4-phosphonobutyrate)に感受性があり、L-AP4を用いた電気生理学的研究により、少なくともその一部がシナプス前膜に存在しシナプス前抑制に関与していることが示唆されている。しかしながら、mGluR4/mGluR6/mGluR7の詳細な形態学的解析はいまだなされておらず、細胞レベルの局在は明らかでない。本研究課題ではmGluR4/mGluR6/mGluR7のうち中枢神経系に広く分布すると予想されるmGluR4/mGluR7について、まず、in situ hybridization法による組織レベルの局在解析を中枢神経系全体にわたって行なった。さらに、光学・電子顕微鏡下に細胞レベルの局在を精査するべく、mGluR4/mGluR7の特異抗体の作製を試みた。その結果、in situ hybridizatin法では、mGluR4mRNAとmGluR7mRNAの分布は著しく異ることがわかった。mGluR4mRNAとmGluR7mRNAはいずれも神経細胞だけに発現したが、mGluR7mRNAはmGluR4mRNAに比べてより広い範囲に分布し、一部の部位ではmGluR4とmGluR7の両方のmRNAが発現を示した。L-AP4によるシナプス前抑制が報告されている部位には、mGluR4とmGluR7のいずれか一方または両方が発現し、mGluR4/mGluR7のシナプス前抑制への関与が示唆された。一方、特異的な抗体の作製では、合成ペプチド・大腸菌融合タンパク質を抗原としたウサギ・モルモットへの免疫を繰返し、得られた血清の精製と分析を行なっている。
LB膜の自己再構築による有機無機層状ペロブスカイト薄膜作成法の開発

有機層状ペロブスカイトは、有機層(障壁層)と無機層(井戸層)が交互に積層した結晶構造を有する天然の量子井戸物質である。そのため、高高率な発光材料としてEL表示デバイス等への応用が期待されている。本研究ではラングミュア・ブロジェット(LB)膜と有機無機層状ペロブスカイトの結晶構造の類似性に着目して、基板上に累積した有機LB膜に無機層をインターカレートすることにより有機無機層状ペロブスカイト膜を得る方法の確立を目的とした。研究期間中、アルキルアミンLB膜へのハロゲン化鉛のインターカレーション及び気相中における塩化物イオン及び硫化物イオンのインターカレーションの検討を行った。研究の結果、ハロゲン化鉛系有機無機層状ペロブスカイト膜及び硫化鉛ナノシートの新しい成膜技術の確立に成功した。本方法はLB法を用いるため、分子レヴェルでの膜厚制御が可能であることが特徴である。本研究ではラングミュア・プロジェット(LB)膜と有機無機層状ペロブスカイトの結晶構造の類似性に着目して、あらかじめ基板上にLB法で作成した有機薄膜に無機層をインターカレートすることにより有機無機層状ペロブスカイト膜を得る方法の確立を目的とした。また、一次元構造を有する新規有機無機複合物質を自己組織化法を用いて作成し、その低次元物性を明らかにすることも目的とした。本年度は、有機層にステアリルアミン、無機層に遷移金属ハロゲン化物イオンを選定し、LB法による有機薄膜の累積条件、インターカレーション反応における最適条件の検討を行った。研究の結果、ステアリルアミンLB膜への無機イオンのインターカレーションが起こるためには、LB膜が液体凝縮膜の状態である必要があることを明らかにした。本方法によって得られた有機無機層状ペロブスカイト薄膜はLB膜の良好な結晶性を維持しており、結晶性の高い膜が簡便な方法で得られた。水溶液中での遷移金属ハロゲン化物のインターカレーション反応の進行速度はヨウ素>臭素>塩素の順であり、反応速度は遷移金属の種類にほとんど依存しない。本方法によって得られた有機無機層状ペロブスカイト薄膜((C_<18>H_<37>NH_3)_2CuCl_4を石英基板上に10層形成したもの)の帯磁率をSQUID磁束計を用いて測定したところ、低温で自発磁化が観測された。キュリー温度の低下が観測され、薄膜化により内部磁場の減少が生じている可能性が考えられる。さらに、一次元有機無機複合物質Cu(Q)C1_2,Cu(DEP)Br_2の結晶を自己組織化法により作成し、その磁性を調べた。いずれも低温で磁性が消失する量子磁性を示し、磁性の低次元性が顕著となる結果が得られた。以上、自己組織化を利用して低次元有機無機複合物質が容易に得られること、その物性は低次元性を反映した特異なものであることを明らかにした。本研究ではラングミュア・プロジェット(LB)膜と有機無機層状ペロブスカイトの結晶構造の類似性に着目して、基板上に累積した有機LB膜に無機層をインターカレートすることにより有機無機層状ペロブスカイト膜を得る方法の確立を目的とした。今年度は、液相及び気相中におけるインターカレーションによる有機無機層状ペロブスカイト膜の成膜を検討した。石英基板上に累積した有機(アルキルアミン)LB膜をハロゲン化鉛水溶液に浸漬し、その過程をX線回折法により調べたところ、有機層間に無機イオンが浸入し、ハロゲン化鉛-アルキルアミン層状ペロブスカイトの形成が確認された。本方法により累積した層状ペロブスカイトの層数と励起子発光強度には比例関係があり、分子レベルでの成膜制御が可能であることを明らかにした。さらに、ヨウ化鉛-アルキルアミン層状ペロブスカイト膜を塩化水素及び硫化水素に曝したところ、気相におけるインターカレーションが起こり、塩化鉛及び硫化鉛を無機層とする有機無機層状ペロブスカイト膜を得ることに初めて成功した。硫化鉛-アルキルアミン膜の光吸収スペクトルを測定したところ、量子サイズ効果による硫化鉛のバンド端吸収波長の短波長シフトが観測された。この実験結果は本方法によってきわめて薄い硫化鉛の膜を有機層間に作り込むことに成功したことを示している。

本研究によって液相/気相インターカレーションによる新しいナノ材料作成技術を確立した本方法の発展として、有機無機複合磁性体の作成を行い、その低次元構造に由来する量子磁性を調査した。その結果、新しい磁場中相転移現象を発見し、それらが量子相転移に起因することを明らかにした。
不均質断層の破壊理論に基づく強震動の極値に関する研究

本研究では大・巨大地震が発生する強震動(短周期地震)を理論的解析的に調べ次のような結果を得た:1°最大加速度値の方位依存性を理論的に定式化し、1968年十勝沖地震及びその余震、1968年日向灘地震等の強震観測データから、それぞれの地震の破壊伝播モードと最大加速度に与える断層全体の平均的破壊の寄与を実際に示した。2°断層の規模と強震動継続時間の関係を強震動データを時系列解析し、観測点の表層構造の影きょうを補正して、その方位特性を調べた。3°強震動継続時間と断層パラメータ間の経験的関係を導びき、近地での強震動観測から津波規模の予測、推定される津波マグニチュードの最大価等に関する研究を行なった。4°1°と2°は地震学会にて結果を口頭発表し、3°については国際津波シンポジウムで口頭発表し、英文論説をプロシーディングに投稿した。また、3°の研究は地震学会誌へも投稿し印刷中である。
X線非弾性散乱による超臨界アルカリ金属流体の原子分子ダイナミクスの解明

低密度電子ガスが負の誘電率をもつという理論予測は、ウィグナー以来発展してきた多体電子論の大きな成果のひとつである。しかし、その実在性については長く疑問視されてきた。我々は、高温高圧技術を用いて流体ルビジウムを膨張させ、電子ガスの密度を大きく減少させることに成功した。この手法とSPring-8の放射光を組み合わせることにより、負の誘電率をもつ電子ガスが実在するか否かについての検証実験を行った。電子系の挙動はイオン系の静的・動的構造に鋭敏に反映されるので、体積を膨張させながらX線回折、X線小角散乱、X線非弾性散乱測定を行い、ルビジウムイオンの挙動を詳しく調べた。その結果、体積膨張に伴って平均としての原子間距離は拡がっているにも関わらず、ある密度以下になると、実測の原子間距離が逆に短くなるという異常な振る舞いがX線回折測定から明らかになった。興味深いことに、原子間距離の短縮が始まる密度は、電子ガスの誘電率が負になると予測される密度に一致することが明らかになった。このことは、電子ガスの誘電率が負に変わったためにイオン間に引力が作用し始めたことを示している。また、X線小角散乱測定により、この密度領域において密度のゆらぎが発生することを確認した。さらに、X線非弾性散乱測定により動的構造因子を得、これを解析することにより分散関係を得た。低散乱ベクトル領域の分散関係から見積もった音速と断熱音速とを比較したところ、電子系が不安定性を起す密度領域で差が生じ始め、動的音速が断熱音速より大きくなった。これらの結果は、電子系の不安定性に起因して流体ルビジウム中に不均質構造が出現し、その中にナノスケールの硬い部分が存在することを示す。本研究は、イオンの挙動を通して、負の誘電率をもつ低密度電子ガスが実在することを初めて捉えたものである。負の誘電率は、新たな高温超電導機構を考える上で重要な意味を持つ。X線非弾性散乱用モリブデン容器の開発:反応性の高いアルカリ金属流体を高温で安定に保持し、かつX線を透過できる試料容器をいかに作るかが鍵となるが、本年度において、X線非弾性散乱に必要とされる種々の条件を満たすモリブデン製試料容器の開発に成功した。試料容器は、径の異なる2本の片端封じの円筒をはめ合わせた構造となっており、片端部分の2枚の薄板の隙間に流体試料が入りそこをX線が透過する。本年度の予備的な測定を行った結果、X線非弾性散乱測定では、試料容器の薄板部分よるX線吸収を可能な限り抑えバックグランドを軽減しない限り、意味のある結果を得ることができないということが判明した。数々の試行錯誤を重ねた結果、X線非弾性散乱測定のために必要不可欠な単結晶でかつ10ミクロンという極限的に薄い円板の試作に成功した。これを別途用意したモリブデン円筒の端にMo-Ru合金を用いて2000°Cでロウ付けし、試料容器を完成させた。これを用いて、予備的に1800°CまでX回折およびX線小角散乱実験を行った結果、薄板部分にトラブルもなく、バックグランドが大幅に軽減し従来のものに比べて格段に良質なデータが得られることが分かった。この試料容器を用いて、平成17年7月に予定されているSPring-8のビームタイムで流体ルビジウムについてX線非弾性散乱の本実験を行う。

ダイヤモンドアンビル高圧装置による高温高圧の発生:臨界温度が非常に高いナトリウムやリチウムなどの超臨界状態を実現するために、レーザー加熱ダイヤモンドアンビル高圧装置を購入し、光学系を含めたシステム全体の設置と整備を完了した。Nd : YAG(100W, CW, 1064nm)レーザーを用いて加熱し、輻射スペクトルをプランクの式を用いて解析することにより2500°C以上の高温の発生が確認できた。また、ダイヤモンドアンビル装置では、ルビー蛍光スペクトルの圧力変化をモニターすることにより30万気圧の発生が確認できた。以上、今年度は超高温と超高圧を独立に発生させることができたが、今後は高圧下で安定に高温を発生させるための実験条件を探索し確定する。X線非弾性散乱実験には、高温の流体ルビジウムと反応せずかつX線を透過し得る試料容器をいかに作るかが鍵となる。実験には10KeV程度の単色X線を用いているため特に後者が問題になる。昨年度は、試料容器の窓材としてルビジウムと反応しない単結晶モリブデンを用い、これを10ミクロンという極限まで薄くして実験を行ったところ、高温でピンホールが空くという問題が生じた。そこで本年度は、X線吸収のより少ないバナジウムを採用した。高温のルビジウムと反応しないことを確認した上で、40ミクロンのバナジウム窓材を電子ビーム溶接によりモリブデン本体と接合し、試料容器を完成させた。これを用いることにより、流体ルビジウムについて1673K、200barまでの高温高圧下でX線非弾性散乱実験に初めて成功した。散乱ベクトルQの小さい領域(Q=1.85,3.19,4.53nm^<-1>)で求めた動的構造因子を減衰調和振動子モデルを用いて解析し、分散関係を得ることができた。分散曲線の低Q領域での傾きから求めた音速は、広い温度と圧力領域にわたり、超音波測定による音速に比べて常に大きくなることが分かった。すなわち、12nmの波長嶺域での音速は、長波長極限での音速より常に大きい。さらに、密度の低下に伴って音速は両者ともに直線的にかつ同じ傾きで減少するが、密度が1.1gcm^<-3>以下になると、超音波測定による音速の減少の仕方が急に大きくなり、このため、この密度を境に両者の音速の差が拡大することが分かった。(以上、平成18年3月日本物理学会で発表)これまで我々が行ってきたX線回折およびX線小角散乱測定によると、1.1gcm^<-3>という密度は、体積膨張に伴って平均イオン間距離が増大するにもかかわらず、実測のイオン間距離は却って短縮するという異常な振る舞いが起こる密度に対応する。また、弱い密度ゆらぎが発生する密度でもある。さらに興味深いことに、1.1gcm^<-3>という密度は、ちょうど、ルビジウム中の電子ガスが低密度化による不安定性(負の圧縮率、負の誘電定数の発生)を起す密度に一致している。静的・動的構造における特徴的振る舞いは、低密度電子ガス系の不安定性によって引き起されたものである可能性が強い。電子ガスの低密度化に伴う不安定性の発生(負の圧縮率、負の誘電率の出現)を実験的に検証することを目的として、流体ルビジウムを対象に、SPring-8のビームラインBL35XUにおいてX線非弾性散乱測定を行った。その結果、100°C,10barから1400°C,200barまでの温度圧力範囲で、Q=3.19nm^<-1>から120.94nm^<-1>までの散乱ベクトル領域での動的構造因子S(Q,ω)を得ることに成功した。S(Q,ω)を減衰調和振動子モデルを用いて解析を行い、縦流速密度相関関数を導出することによって集団運動の分散関係を得た。
第一原理電子構造理論と電子多体問題の手法の融合

密度汎関数論理と多体電子論の融合を目的として、以下のことを行った。(1)LDA+U法の開発と応用(密度汎関数の枠内で電子間クーロン相互作用による、電子密度およびスピン密度の大きな揺らぎをあからさまに取り入れる方法論の開発と応用):第一原理電子構造計算を強相関系に取り入れるもっとも容易な方法として発展してきたLDA+U法により、La_<1-X>Sr_XNiO_4を調べた。結果的にこの系はLDA+Uで解析できるものではなく、現在は「軌道縮退のあるハバードモデルでの厳密対角化」の方法による研究に発展している。(2)GW近似の新しい展開と応用(多電子問題の論理の枠内で、摂動展開によって電子密度の動的な揺らぎによる遮蔽効果を取り入れた方法論の開発と応用):遷移金属、遷移金属酸化物、Hf0その他の系でGW近似を適用し、また誘電関数、エネルギー損失スペクトルなどを計算し、実験とよい一致を得た。さらにスペクトルを解析し、それぞれのピークの起源を明らかにした。さらに単位胞により多くの原子を含む反強磁性LaMnO_3は系が大きくなって、従来、GW法では計算できなかった。計算手法を改善し、実質的に計算スピードを50倍以上とし、これらの系を計算できるようにした。その結果、バンドギャップおよびスペクトル形状ともに実験をよく説明する結果を得た。またエネルギーに依存したオンサイトおよびオフサイト・クローンエネルギーを求めた。酸素からMnへの励起による電子一正孔対による遮蔽が1020eV程度の領域で大きなエネルギー依存性の起源になっていることを見出した。:DMFTを用いて軌道縮退がある場合の金属-絶縁体転移に伴う臨界的なU/W(クーロン相互作用U・バンド幅W)依存性を計算した。従来いわれているような軌道縮重によりU/Wが大きくなるのではなく、格子構造が重要であることを見出した。またs,p,d,軌道を同じように取り入れた方法を逐次摂動近似の枠内で定式化し、プログラムを開発した。密度汎関数理論と多体電子論の結合を目的として、以下のことを行なった。1.[密度汎関数理論の枠内で、電子間クーロン相互作用にもとづく強い電子密度、スピン密度の揺らぎをあからさまに取り入れる方法論の発展と応用]:強相関電子系の電子構造および金属絶縁体転移近傍での電子物性を第一原理に基づき求めることを目的として、層状化合物La$_{2-X}$Sr$_x$NiO$_4$の電子構造をLDA+U法により調べた。この物質は0<x<1で絶縁体であるが、歪みのない構造ではクーロン相互作用の効果を考えても金属状態を示す。このことからE$_g$タイプの局所歪の重要性を指摘した。2.[多電子問題の理論の枠内で、摂動展開を用い動的電子密度揺らぎによる(動的)]遮蔽効果を取り入れた方法の発展と応用]:第1原理電子構造計算と多体電子理論を結び付ける方法の1つとして、GW法のプログラムコードを開発した。k=0近傍でOffset法を導入し、計算負荷を増やさず精度を飛躍的に高めることに成功した。この方法を用いて、遷移金属、第三周期元素の酸化物の電子構造を計算し、動的遮蔽効果を議論しクーロン相互作用を見積もった。

3.[電荷揺らぎのダイナミックスに注目して発展してきた動的平均場理論と密度汎関数理論を結合し、新しい第一原理電子構造理論を構築する試み]:多体電子論の立場から電荷の動的揺らぎを取り入れるDMFT(動的平均場近似理論)とLDA(局所電子密度近似)との結合を行ない、新しい逐次摂動公式を導いた。この方法の枠内で軌道縮退した系の金属絶縁体転移を調べた。密度汎関数理論と多体電子論の結合を目的として、以下のことを行なった。1.[密度汎関数理論の枠内で、電子間クーロン相互作用にもとずく強い電子密度、スピン密度の揺らぎをあからさまに取り入れる方法論の発展と応用]:強相関電子系の電子構造および金属絶縁体転移近傍での電子物性を第一原理に基づき求めることを目的として、層状化合物La$_{2-x}$Sr$_x$NiO$_4$の電子構造をLDA+U法により調べた。この物質は0<x<1で絶縁体であるが、歪みのない構造ではLDA+U法によりクーロン相互作用の効果を考えても金属状態を示す。また歪みは実験的に見られていない。このことから荷電ゆらぎの本質的役割を指摘し、電子構造計算を実行した。2.[多電子問題の理論の枠内で、摂動展開を用い動的電子密度揺らぎによる(動的)遮蔽効果を取り入れた方法の発展と応用]:第1原理電子構造計算と多体電子理論を結び付ける方法の1つとして、GW法のプログラムコードを開発した。k=0近傍でOffset法を導入し、計算負荷を増やさず精度を飛躍的に高めることに成功し、また新しいtb-LMTO法プログラムとの接合部分を改良した。さらに不純物原子における多重項と結び付け、1電子バンド理論と配位子場理論を接合する定式化を行った。密度汎関数理論と多体電子論の融合を目的として、以下のことを行った。1.密度汎関数の枠内で電子間クーロン相互作用による、電子密度およびスピン密度の大きな揺らぎをあからさまに取り入れる方法論の開発と応用(LDA+U法の開発と応用):第一原理電子構造計算を強相関系に取り入れるもっとも容易な方法として発展してきたLDA+U法により、La_<1-x>Sr_xNiO_4を調べた。結果的にこの系はLDA+Uで解析できるものではなく、現在は「軌道縮退のあるハバードモデルでの厳密対角化」の方法に発展している。2.多電子問題の理論の枠内で、摂動展開によって電子密度の動的な揺らぎによる遮蔽効果を取り入れた方法論の開発と応用(GW近似の新しい展開と応用):HfOその他の系でGW近似を適用し、また誘電関数、エネルギー損失スペクトルなどを計算し、実験とよい一致を得た。さらにスペクトルを解析し、それぞれのピークの起源を明らかにした。さらに反強磁性LaMnO_3は系が大きくなって従来の方法では計算できなかった。計算手法を改善し、実質的に計算スピードを50倍以上とし、これらの系を計算できるようにした。その結果、バンドギャップおよびスペクトル形状ともに実験をよく説明する結果を得た。またエネルギーに依存したオンサイトおよびオフサイト・クーロンエネルギーを求めた。酸素からMnへの励起による電子-正孔対による遮蔽が1020eV程度の領域で大きなエネルギー依存性の期限になっていることを見出した。
低温依存的雑種形成が切り拓く植物多様性研究の新展開

細胞周期を1回終えるのに必要な時間(細胞周期時間)は植物種ごとに異なる。そのため,雑種形成において,両親種の細胞周期時間が異なると,染色体の脱落による雑種崩壊が起きる。つまり,細胞周期時間の違いは生殖的隔離機構となり得る。一方,細胞周期時間は生育温度に応じて変化することが知られているため,雑種形成に最適な温度があると予想される(温度依存的雑種形成)。本研究では,温度依存的雑種形成が野生種で見られるのかを検証するため,ゼンマイ属植物(ゼンマイ科)の雑種形成に関する解析を行った。その結果,ゼンマイ属植物の中には,低温で細胞周期時間が短くなるものと,高温で細胞周期時間が短くなるものとがあることが分かった。この結果は,細胞周期時間の違いが,ゼンマイ属の生殖的隔離機構となり得ることを示唆する。そこで,分布範囲が重なるゼンマイとシロヤマゼンマイにおいて,異なる温度で人工的な雑種形成を行った。25度で雑種形成を行った場合,両種間には雑種が形成されたが,20度や30度では雑種が形成されなかった。また,この結果は,25度付近だけで両種の細胞周期時間が同調するという結果と調和的であった。ゼンマイ科では,シダ類としては例外的に,長らく雑種形成が制限されてきたことがわかっている。実際,ゼンマイとシロヤマゼンマイは生育範囲が重なり,胞子形成も同時期に起きるにもかかわらず,両種間の野生雑種は知られていない。しかし,両種の配偶体は,気温が20ー25度になる初夏に共存することから,野外においても雑種が形成されている可能性がある。一方,夏季以降の気温では両種の細胞周期時間は同調せず,雑種個体が形成されても,その生存は難しいだろう。本研究の結果は,温度依存的に変化する細胞周期時間の違いが,実際に受精後隔離機構として働いていることを示唆する。本研究で検証する低温依存的な雑種形成の促進仮説は,近縁種間で細胞分裂速度が温度依存的に同調することを前提とする。しかし,そのような現象はこれまで,シダ類では報告されていない。そこで今年度は,前提が成り立つことを確かめるため,シダ類のゼンマイ科ゼンマイ属(広義)のゼンマイ(Osmunda japonica)とヤマドリゼンマイ(Osmunda cinnamomea)の配偶体について,15,20,25°Cで細胞分裂速度を観察し,比較した。ここでは,細胞数の経時変化を記録するとともに,EdU(チミジン類似体)を配偶体に一定時間取り込ませることにより,直接的に分裂速度を観察した。その結果,25°Cではゼンマイがヤマドリゼンマイよりも早く分裂した。20°Cでは両種の分裂速度の差は25°Cの場合よりも小さくなったものの,ゼンマイがヤマドリゼンマイよりも早く分裂した。ところが,15°Cで培養すると,両種の分裂速度はほぼ同じになった。従って,近縁種間の温度依存的な分裂速度の同調がシダ類でも存在することが初めて確かめられた。一方,温度条件に関わらず,両種が配偶子器をつけるまでの時間は約2ヶ月で,大きな違いは見られなかった。このことは,野外において両種の生殖開始時期に大きな差が生じないことを意味する。従って,両種は分布域さえ重複すれば,交雑の機会を持ちえることがわかった。それにも関わらず両種間の自然雑種が全く報告されていないのは,温度依存的な雑種崩壊が実際に生じているからかもしれないが,この可能性を確かめるためには雑種崩壊実験を行う必要がある。計画通り,ゼンマイ科で温度依存的雑種崩壊の前提条件を確かめることができたが,ゼンマイとヤマドリゼンマイ以外の種については着手できなかった。しかし,実験系は無事立ち上げられたため,28年度以降に遅れを取り戻すことは十分に可能である。一方,前提条件の確認に予想以上に時間がかかり,人工雑種形成実験については予備的に試みたものの,交配を行う十分な時間が確保できなかった。本研究では温度依存的雑種形成が野生植物で起きているのかを検証する。この現象が起きるためには,温度に依存した細胞周期時間の変化が近縁種間で異なることが前提となる。そこで,今年度はシダ類の広義ゼンマイ属植物(ヤマドリゼンマイ,オニゼンマイ,ゼンマイ,レガリスゼンマイ)を対象に,温度と細胞周期時間の関係を比較した。ここでは,15,20,25、30°Cで各種の配偶体を培養し,細胞増殖速度を測った。また,チミジン類似体の取り込みにより,細胞周期時間を測定した。その結果,25ー30°Cで培養した場合に,種間での細胞周期時間のばらつきが大きくなることが分かった。従って,25°C以上では,細胞周期時間の非同調により,雑種形成が阻害される可能性がある。レガリスゼンマイについては,ヨーロッパ,インド,南米の系統を用いて実験したが,インド系統のみ,30°Cで培養すると,ほぼすべての個体が枯死することが分かった。胞子は野生集団から採集したものであり,この枯死様式は非メンデル遺伝的に思われた。また,枯死する前に個体が白化することから,枯死の要因が葉緑体にある(=母系遺伝)である可能性が疑われた。そこで,インド系統を母系,ゼンマイを父系とする雑種の配偶体を20,25、30°Cで培養したところ,30°Cですべての個体が枯死した。

従って,インド系統は葉緑体の制限要因によって高温での生育が阻害される。これまでに葉緑体が原因となって生育地が規定されることを示した研究例はなく,本研究の結果は植物の分布に関する新しい視点を提示した。温度依存的雑種形成の有無を評価する基盤となる細胞周期時間の比較を予定通りに終えられた。それに加え,予定外に「葉緑体に起因する温度感受性」という,植物の分布を説明する新しい視点が得られたため。ゼンマイ科のレガリスゼンマイ(Osmunda regalis)は,世界の温帯熱帯にかけて分布する側系統種で,東アジアに分布するゼンマイ(O. japonica)を含む形で単系統群をなす(以後,レガリスゼンマイ種群と呼ぶ)。レガリスゼンマイ種群における分布範囲の広さは種群内の系統ごとに異なり,狭いもの(インド系統)と,広いもの(ユーロアフリカ系統,新世界系統,ゼンマイ)とがある。私たちは,生育温度と分布の関係を調べるため,本年度までにレガリスゼンマイの3系統とゼンマイとについて,配偶体を25°C,30°Cで培養し,それらの生育適温を比較した。その結果,25°Cではどの系統も正常に生育するのに対し,30°Cでは,分布範囲の狭いインド系統のみ,100%近くが白化して枯死した。また,♀インド系統x ♂ゼンマイの異質4倍体雑種アイノコゼンマイ(O. hybrida)の配偶体も,母系種のインド系統と同様に30°Cで枯死した。従って,インド系統に見られる負の高温感受性の原因因子は,母系遺伝する葉緑体にあると推定された。さらに,葉緑体に起因する高温枯死と光障害との関係を調べるため,インド系統,ゼンマイ,アイノコゼンマイの配偶体を,暗所の25°C,30°Cで培養した(培地に栄養源としてスクロースを添加)。その結果,25°Cでも30°Cでも,どの系統の配偶体も枯死しなかった。従って,インド系統とアイノコゼンマイの配偶体における高温枯死は,光障害によって引き起こされる可能性が示唆された。今後,25°C,30°Cにおける光合成活性を測定するなど,高温枯死と光障害との関係をさらに追求する必要があるだろう。本研究ではゼンマイ属における温度依存的種分化を解析してきた。その結果,レガリスゼンマイにおいて,「葉緑体の特性によって生育適地が決まる」という,予想外の新奇現象を発見した。そのため,実験計画を変更し,レガリスゼンマイの培養実験に注力した。その結果,一部の集団で,光障害が原因となって,高温環境に生育できないことを突き止めた。しかし,なぜ光障害が起きるのかについてのメカニズムまでは踏み込めていない。一方,レガリスゼンマイに注力した結果,他種(シロヤマゼンマイ,オニゼンマイ,レプトプテリス)での培養実験が遅れた。細胞周期を1回終えるのに必要な時間(細胞周期時間)は植物種ごとに異なる。そのため,雑種形成において,両親種の細胞周期時間が異なると,染色体の脱落による雑種崩壊が起きる。つまり,細胞周期時間の違いは生殖的隔離機構となり得る。一方,細胞周期時間は生育温度に応じて変化することが知られているため,雑種形成に最適な温度があると予想される(温度依存的雑種形成)。本研究では,温度依存的雑種形成が野生種で見られるのかを検証するため,ゼンマイ属植物(ゼンマイ科)の雑種形成に関する解析を行った。その結果,ゼンマイ属植物の中には,低温で細胞周期時間が短くなるものと,高温で細胞周期時間が短くなるものとがあることが分かった。
コオロギ視葉視覚性介在ニューロンの概日時計支配の解析

本研究は視覚系の概日時計支配の神経機構および視覚情報処理の時刻依存性を明らかにするため、(1)特定の視覚介在ニューロンを機能的・形態学的に同定し、(2)その視覚刺激に対する応答性の概日リズムを明らかにすること、さらに(3)概日時計による修飾に関わる神経伝達物質の特定試み、以下の結果を得た。1.蛍光色素を充填したガラス微小電極による細胞内電気活動記録、および細胞内染色法により、視葉視髄部に分枝を持つ視覚性介在ニューロンを約30本同定した。それらは、形態的な特徴からI)視髄内のみに分布するもの、II)視髄内に細胞体を持ち脳に投射するもの、III)視髄内に細胞体を持ち反対側の視髄に投射するもの(視髄巨大ニューロン)、IV)脳幹部に細胞体を持ち視髄に投射するもの、などに分類された。2.金属電極による細胞外電気活動記録により、視葉視覚性介在ニューロンの概日リズムを解析した結果、ほとんどのニューロンがその光応答性および自発活動が夜顕著に増加する概日リズムを持つことが分かった。さらに吸引電極による単一ニューロン活動の長時間記録を行い、視髄巨大ニューロンのうち3本の概日リズムの特性を明かにした。それらは光パルスに対する応答はいずれも主観的夜に増加し、昼の数十倍から100倍に達した。自発放電には夜増加するものと、逆に昼増加する2つのタイプがあった。3.HPLC-ECDを用いた分析から、視葉内セロトニン量が顕著な日周変動をもつことが明かとなり、概日時計出力系の神経伝達物質である可能性が示唆された。セロトニンが視覚性ニューロン活動に及ぼす影響を調べた結果、セロトニンは視覚性ニューロンの感度を顕著に低下させることが分かった。以上の結果より、視葉概日時計は視葉内の視覚性介在ニューロンの感度を夜間に増加させ、昼低下させるが、その作用にはセロトニン性ニューロンが係わっていることが示唆された。本研究は視覚系の概日時計支配の神経機構および視覚情報処理の時刻依存性を明らかにするための第一歩として、(1)特定の視覚性介在ニューロンを機能的・形態学的に同定し、(2)その視覚刺激に対する応答性の概日リズムを明らかにすること、さらに(3)概日時計による修飾に関わる神経伝達物質の特定を目的としている。今年度は(1)視覚性介在ニューロンの機能的・形態的同定、(2)視覚性介在ニューロンの応答性の概日リズムの解析、(3)概日リズムにかかわる神経伝達物質の推定、の3項目を計画していたが、これまでに以下の事実が明らかとなった。(1)ルシファーイエローを充填したガラス微小電極による細胞内電気活動記録、および細胞内染色法により、現在までに視葉視髄部に分枝を持つ視覚性介在ニューロンを約30本同定した。それらは、形態的な特徴からI)視髄内のみに分布するもの、II)視髄内に細胞体を持ち脳に投射するもの、III)視髄内に細胞体を持ち反対側の視髄に投射するもの、IV)脳幹部に細胞体を持ち視髄に投射するもの、などに分類された。(2)HPLC-ECDをもちいた分析から、視葉内にはドーパミン、オクトパミン、セロトニン、アセチルコリンなど、無脊椎動物の神経伝達物質としてしられるモノアミン類が含まれることがわかった。これらのうちセロトニンでは、その含有量が明暗条件下で顕著な日周変動することが明らかとなった。

このことは、セロトニンが概日時計出力系の神経伝達物質である可能性を示唆するものである。今後、これまでに同定されたニューロンからタングステン電極を用いた外部誘導による長時間記録を行い、応答性の概日リズムの解析を行う計画である。今年度は(1)視覚性介在ニューロンの応答性の概日リズムの解析と、(2)概日リズムにかかわる神経伝達物質の推定、の2項目を計画していだが、これまでに以下の事実が明らかとなった。1.昨年度に引き続き、細胞内記録・染色による視覚性ニューロンの同定を行い、視髄基部に細胞体を持ち、軸索が脳を経由して反対側の視髄に終末する、視髄巨大ニューロンを15本同定した。2.タングステン電極による細胞外電気活動記録により、視葉視覚性介在ニューロンの概日リズムを解析した。その結果、ほとんどのニューロンがその光応答性および自活発動が夜顕著に増加する概日リズムを持つことが分かった。さらに、形態的に同定したニューロンの対応関係を知るため、吸引電極による単一ニューロン活動の長時間記録を行い、視髄巨大ニューロンのうち3本の概日リズムの特性を明かにした。それらはの光パルスに対する応答はいずれも主観的夜に増加し、昼の数十倍から100倍に達した。自発放電には夜増加するものと、逆に昼増加する2つのタイプがあった。3.昨年度、HPLC-ECDをもちいた分析から、セロトニンが概日時計出力系の神経伝達物質である可能性が示唆されていたが、そのことを確かめるため視覚性ニュローン活動に及ぼすセロトニンの影響を調べた。その結果、セロトニンは視覚性ニューロンの感度を顕著に低下させることが分かった。以上の結果より、視葉概日時計は視葉内の視覚性介在ニューロンの感度を夜間に増加させ、昼低下させるが、その作用にはセロトニン性ニューロンが係わっていることが示唆された。
金星大気運動の観測的研究

ハワイの「すばる」望遠鏡など大型望遠鏡を利用した惑星観測を多く行い、とくに金星大気の組成や運動に関する新たな知見を得た。また、将来の惑星大気観測に向けて、探査機搭載用の赤外線検出素子など、新たな観測装置の開発を行った。惑星大気の分光撮像データの解析手法に関する研究を行い、これまでに得たデータに応用するとともに、2010年に日本が打ち上げる金星探査機PLANET-Cのデータ解析体制を構築した。(1)大気中HCl濃度の緯度分布観測金星大気の主成分であるCO_2は紫外線を浴びてCOやO_2に分解されるが、現実にはCOやO_2が少ない。この理由としてHClによる触媒反応を探るべく、IRTF望遠鏡を用いてHClを観測し、その空間分布からCO_2再生成過程を制約した。(2)雲頂構造の時間変動観測すばる望遠鏡とIRTF望遠鏡により金星の雲頂からの熱放射を中間赤外波長で観測し、水平スケール数100kmの微細構造の時間変動を世界で初めてとらえた。ここから、雲層内の熱対流の性質や惑星規模の波動の伝播について新たな知見を得た。また、ほぼ同時に取得した分光データから大気温度や雲粒密度の立体構造を導出した。惑星探査機に搭載される機器は宇宙空間で降り注ぐ放射線に耐性を持つ必要がある。そこで国産の赤外2次元検出器の放射線照射試験を行い、暗電流変動の定量的評価およびその対策を考案し、その搭載に道を開いた。(4)連続画像からの風速場導出手法の研究地上望遠鏡やPlanet-Cによる将来の惑星大気観測を想定して、高空間分解能の連続画像データから風速場を導出する手法を研究した。従来使われてきた手法に誤ベクトル除去などの改良を施し、気象学で必要とされる数m/s以下の計測誤差を実現可能とした。本年度は金星の地上観測好期であり,12月および2月,3月にハワイに設置された望遠鏡(IRTFおよびすばる望遠鏡)を利用した地上観測を行なった.以下に,観測の主題および結果を示す.(1)近赤外スペックル観測による金星雲層微細構造観測IRTFの赤外分光撮像装置を利用し,波長2ミクロン帯において金星雲層の水平分布を撮像観測した.地上観測の空間分解能は一般的に地球大気の揺らぎ(シーイング)の制約を受けるが,本研究で採用したスペックル観測は,その大気揺らぎを解析的に補正するものである.現在,空間分解能をシーイングによる限界よりも2倍以上向上させる画像処理を行なっている.(2)近赤外高分散分光観測による金星大気光の観測IRTFの高分散分光器を用いたスキャン観測により,1.27ミクロン帯酸素分子大気光の水平分布と分光情報を同時に得た.安定した大気により多数のデータセットが得られ,短い時定数の議論が可能になった.高分散のスペクトルからは酸素分子の回転温度を導出でき,現在,各大気光分布に対応した温度分布を求めている.本研究は,世界で初めて強度・温度分布両方の時間変化を示し,金星上層大気の力学・化学を議論する.(3)すばる望遠鏡を利用した中間赤外撮像観測すばる望遠鏡を利用し,中間赤外領域において金星の雲頂高度の大気の温度分布を撮像観測した.この波長域においては,シーイングの影響が小さくなり,望遠鏡の理想的な最大空間分解能である回折限界の画像が得られる.すばる望遠鏡の口径8mという利点を最大限に利用し,金星雲頂高度において100-80kmの空間分解能を達成した.

これほどの高空間分解能で金星全球を撮像したのは本研究が初めてである.過去の飛翔体観測で示されていた極域付近の局所的な高温部分が観測されたのに加え,これまでに観測例の無い太陽方向に特定の傾斜を持った太陽同期の波動構造が可視化された.本年度は,ハワイに設置された望遠鏡(NASA赤外望遠鏡およびすばる望遠鏡)を利用した地上観測によって昨年度取得したデータの解析を進めた.(1)金星下層雲の時間変化を利用した雲移動量の評価金星夜面の波長2μm撮像画像では下層雲の光学的な濃淡分布が観測される.本研究では,観測方法を工夫することで日没前から3時間に渡って金星を観測した.それにより,雲の濃淡構造の時間変動の検出を実現し,その移動量から風速70±30m/sの西向き帯状流の存在を示した.これは,過去の飛翔体探査の結果と一致するものである.(2)金星上層大気中の大気光発光強度の時間・空間変動波長1.27μmでの高分散分光撮像を行なうことで,酸素分子大気光の発光強度分布および回転温度の分布,そしてそれらの時間変動を取得した.この大気光に関しては,今まで主に真夜中地点での発光が知られていたが,本研究によって夜面の広い範囲に渡って複雑な発光強度分布をしていることが確認された.日変化も確認されており,金星上層大気の激しい変動性の観測的裏付が得られた.(3)金星雲頂での微細空間構造の可視化すばる望遠鏡の大口径を利用して得られた空間分解能100km相当での波長10μm熱放射強度分布画像に対し,高周波フィルター等の画像処理を適用することで,数Kの輝度温度の振幅を世界で初めて抽出した.輝度温度変動を物理的に解釈すべく,雲の散乱効果を取り入れた放射伝達方程式を解く計算モデルを構築した.その結果,数Kの輝度温度振幅からは,雲頂高度が局所的に数100mの振幅で変化していることが示された.この振幅は,雲層上部において生じた対流によって生成していると考えられ,今まで未解明であった金星雲層での気象現象に新たな知見を加えるものである.本年度2007年8月の金星内合前後に、ハワイの望遠鏡(すばる望遠鏡およびIRTF望遠鏡)を利用して金星大気を観測した。また将来の惑星大気観測に向けて観測装置開発やデータ解析手法の研究を行った。(1)大気中HCI濃度の緯度分布観測金星大気の主成分であるCO_2は紫外線を浴びてCOやO_2に分解されるが、現実の金星大気にはCOやO_2が少ない。この理由としてHCIによる触媒反応が挙げられているが、金星におけるHC1の挙動は謎に包まれている。そこでIRTFの近赤外高分散分光器を用いてHCIを観測し、その空間分布を明らかにしてCO_2再生成過程を制約した。(2)雲頂構造の時間変動観測すばる望遠鏡とIRTF望遠鏡により金星の雲頂からの熱放射を中間赤外波長で観測し、水平スケール数100kmの微細構造の時間変動を世界で初めてとらえた。ここから、雲層内の熱対流の性質や惑星規模の波動の伝播について新たな知見を得た。また、ほぼ同時に取得した分光データから大気温度や雲粒密度の立体構造を導出した。(3)PLANET-C搭載赤外検出器の耐放射線試験惑星探査機に搭載される機器は宇宙空間で降り注ぐ放射線に耐性を持つ必要がある。そこで、日本の金星周回衛星Planet-Cに搭載されて大気観測に用いられる予定の赤外検出器の放射線照射試験を行い、暗電流変動の定量的評価およびその対策を考案し、検出器の搭載に道を開いた。