Continuous spectroscopic observations of the Mercury's sodium exosphere were conducted with a 188 cm telescope and a high dispersion echelle spectrograph at the Okayama Astrophysical Observatory, for 1-6 hours in the daytime on December 4, 13, 14, and 15, 2005. To correct the images of the sodium emission blurred by Earth's atmosphere, the observed distribution was deconvolved with the point spread function which was obtained using Hapke's surface reflection model and the observed surface reflection.

　The column densities averaged over the disk were (2.1±0.1)×10(11) atoms/cm2 and (1.2±0.05)× 10(11) atoms/cm2 during the observation times on December 4 and December 13-15, respectively. This suggests that the total release rate of sodium atoms on Mercury decreased to 60 % between December 4 and 13. The heliospheric distance of Mercury increased from 0.33 AU to 0.38 AU during this period and the solar UV flux decreased. Therefore, the release rates for photon-stimulated desorption decreased to 60 %.

　The observed averaged density was stable during December 13-15. This suggests that the rate of change in the yield of the globally occurring source processes should be low and its timescale should be more than a terrestrial day, which is much longer than the timescale of change in solar wind flux.

　Asymmetric distribution was observed in this study and the north-south ratio of the sodium density was 0.98-1.08, although significant north-south asymmetry has been reported in past observations and it was suggested to be mainly caused by the solar wind sputtering.

　Continuous six-hour observation was carried out in December 4, 2005. This is the longest continuous observation that has been conducted in a day. If solar wind sputtering is the dominant source process, time variation in changes of sodium density would be approximately 20 % per hour and the deviation would be 25 %. However, the observed rate of change in sodium density and the deviation were less than one-fifth.

　These results suggest that photon-stimulated desorption is the dominant source process, although the past study concluded that solar wind sputtering is the dominant.

　Observations of sodium emission from Mercury's atmosphere were carried out using a Fabry-Perot Interferometer at Haleakala Observatory on June 14, 2006. The Fabry-Perot Interferometer was used as a wavelength-tunable filter. The spectra of the surface reflection were subtracted from the observed spectra to obtain the intensity distribution of sodium emission because sodium emission is contaminated by the surface reflection of Mercury. The image obtained in the observation clearly shows the sodium exosphere extended to the anti-solar direction, although the whole image of the sodium exosphere had not been obtained in the past observations. The lifetime of sodium atoms was estimated to be 9.5×10(3) sec (maximum) using the observed e-folding distance (5.0×10(4) km) in the sodium tail and was lower than predicted. This suggests the lifetime might be overestimated in the past study.

　「水星ナトリウム大気密度の時間変動に関する研究」と題するこの論文は4章よりなり、第一章ではこの研究の研究の背景となる過去の観測とその解釈の現状がまとめられ、第二章ではナトリウム大気時間変動に関する観測が、第三章ではナトリウム大気尾部形状に関する観測が記述され、第四章が結論となっている。

　水星は古より人類に知られているが、その理解は未だに極めて乏しい。最大の理由は、出現方向が常に太陽に近く、日出没時のわずかな時間(30分程度)に、しかも低高度角という悪条件下でしか観測されてこなかったことにある。本論文は様々な工夫により観測時間を日中に延長し、最長6時間というこれまでにない連続観測を成功させ、これまでの断片的(1日1回)観測では得られなかった多くの知見を得ることに成功した。

　水星のナトリウム大気は1980年代半ば、地上観測により発見され、その後主に米国内の2グループによって観測されてきた。彼等は(1)著しい日毎変化、(2)高緯度への局在、(3)南北非対称分布を見出し、ナトリウム大気の生成過程として(A)太陽風プラズマによるスパッタリング(たたき出し)を結論した。この他に議論されてきた生成過程としては(B)太陽紫外光による光・熱脱離、(C)微小隕石衝突があるが、(A)が(1)-(3)を最もよく説明しうる。

　ところが、本論文では日中の連続観測と緻密なデータ処理により、事実とされてきた(1)-(3)が、いずれもこれまで主張されてきたほどには存在しないことを見出した。すなわち2005年12月5日-16日の岡山天体物理観測所における分光撮像観測によれば、日毎の密度変化は最大最小差10%のみであり、南北密度比も最大最小差14%の範囲に収まっていた。また、この12日間の密度変化傾向は太陽・水星間距離の変化による太陽光束の変化として説明可能なことが示された。さらに、数時間のうちに数倍の変化をする太陽風の変動・時間スケールに対しても、ナトリウム大気は応答していないことを、ACE衛星による太陽風データとのつき合わせから見出し、主生成過程は(B)の太陽紫外光による光・熱脱離と結論した。定量的にも(B)は観測されたナトリウム密度を説明しうる。これは、これまでの2米国グループの主張と相反するものであるが、データの質・処理方法いずれの点においても、本研究は充分に信頼に足るものと考えられる。ナトリウム大気の定量においては、(a)水星地表面反射光および地球大気散乱光の混入および、(b)地球大気のゆらぎによる像の悪化が深刻な障害になっており、適切かつ高度な対策が要求されるが、本論文においてはそれらは必要充分になされている。

　また、2006年6月のハワイ・ハレアカラ山頂におけるファブリ・ペロ分光計を用いた単色撮像観測によって、反太陽方向に伸びるナトリウム大気尾主要部の構造を一望のもとに捉え、ナトリウム大気の散逸過程を可視化することに成功した。これは本研究で用いた方法が過去に例のない広視野を持っていることによる。さらに、中性ナトリウムの光電離寿命を9800-11000秒と見積もった。

　本論文によって、発見以来20年続いた生成過程論争に終止符が打たれ、地球・月さらに系外惑星にも発見され、宇宙にあまねく存在することが認識されはじめた惑星ナトリウム大気の理解が飛躍するものと期待される。

　本論文の2-3章は吉川一朗博士などとの共同研究であるが、いずれの場合においても論文提出者の創意・工夫と努力によるところが大きいものと判断する。

　以上に示したように、本研究は地球惑星科学の進展に輝ける貢献を成しており、提出論文は博士(理学)の学位請求論文として合格と認める。