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21 km遠方の垂直紫外線レーザー光を撮像
FAST新型大気蛍光望遠鏡で、21 km遠方の垂直紫外線レーザー光を初観測しました。写真の中心にその垂直紫外線レーザー光を射出する装置が写っています。
この垂直紫外線レーザー光は、時々刻々と変わる大気の状況をモニターするために夜間に30分毎に射出されます。望遠鏡で撮像されたレーザー光の明るさから大気の透明度が推定でき、またその信号の形から雲の有無を判定することもできます。
さらにこのレーザー光源からの光量は、10の19乗電子ボルトの極高エネルギー宇宙線からの信号に相当しており、この信号が観測できるということは21 km以内の10の19乗電子ボルト以上の宇宙線に対する感度を確かめたことになります。
上の左図は、FAST望遠鏡で観測した紫外線レーザー光の波形です。光電子増倍管(Photomultiplier tube, PMT) の位置は、それぞれの視野方向に表します。横軸は80マイクロ秒間の時間を表し、縦軸は観測された信号の大きさ（100ナノ秒あたりの光電子数）の相当します。紫外線レーザー光はPMT4の視野に入った後、その上空のPMT3の視野を通過します。21 km という距離は、FAST望遠鏡の感度限界近くであるため、PMT4でははっきりとした信号が見られますがPMT3では信号が見つかりません。
右図は、バックグラウンドの信号を小さくするために250個のレーザー光の波形データを選び出し、信号の位置を合わせて重ね合わせた波形になっています。その結果、PMT3でも同様にはっきりとした信号が見え、PMT2にも信号があることが分かります。
上図は、それぞれの波形の縦軸を揃えた紫外線レーザー光からの波形です。10月6日（左図）と10月5日（右図）の信号になっており、10月5日には雲にあたってレーザー光が散乱したピークがあります。波形の形や大きさを使って大気情報を把握することで、到来した極高エネルギー宇宙線の情報をより高精度で求めることができます。