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1 国際協力で進める宇宙科学プロジェクト 1/24 金田英宏宇宙物理学研究室 (U 研 ) 赤外線グループ (Uir) 内容 : 1. 名大と宇宙科学プロジェクト 2. あかり における国際協力 3. SPICAの実現に向けて 4. 今後の宇宙科学プロジェクト 第 27 回公開セミナー 天文学の最前線 : 国際化する天文学研究 1. 名大と宇宙科学プロジェクト Tenma (1983) 物理 U 研 :1965 年発足 日本初の宇宙科学研究室 2/24 ASCA (1993) Hakucho (1979) 赤外線観測 X 線天文衛星 Ginga (1987) ASTRO-E (2000) Suzaku (2005) IRTS (1995) 宇宙冷凍機技術 ( 国産 ) 国際協力 :X Jul 線望遠鏡 2005 X 線 CCD, 赤外線センサー

2 1. 名大と宇宙科学プロジェクト 3/24 あかり 遠赤外線観測装置 ( 国産 ) ひとみ 2016 硬 X 線望遠鏡 ( 国産 ) ジオスペース探査 あらせ 2016 年 12 月 (ISEE) 1. 名大と宇宙科学プロジェクト 次世代赤外線天文衛星 SPICA (2028~) 4/24 X 線偏光観測衛星 IXPE (2021) 温度 8 K 以下 2.5 m 望遠鏡中間赤外線観測装置 SMI X 線天文衛星代替機 XARM (2021) 次世代硬 X 線 広帯域衛星 FORCE 宇宙重力波干渉計 DECIGO X 線望遠鏡較正衛星運用

3 なぜ 衛星観測が必要か? 5/24 X 線 可視光 外線 電波 0.1nm 大気の透明度 不透明 10nm 1 m 100 m 1cm 1m 100m 近 外線 中間 外線 遠 外線 (1~5 m) (5~40 m) (50~300 m) 1 m 5 m 50 m 波 透明 0.1nm 10nm 1 m 100 m 1cm 1m 100m 波 地球大気が赤外線をほとんど通さない ( 水蒸気 二酸化炭素 温室効果 ) 一部の大気の窓を除き 宇宙からの赤外線は地上に届かない 可視光と電波は届く 宇宙赤外線望遠鏡の技術的特徴 6/24 望遠鏡 : 宇宙から来る弱い光を集めて 観測装置へと導く 鏡の面 ( 集光力 ) と鏡面精度 ( 解像度 ) が重要 赤外線 望遠鏡を6K (-267!) に冷やす 真空容器液体ヘリウム冷凍機 常温の望遠鏡は大量の赤外線を熱放射するため 宇宙からの微弱な赤外線をとらえることが困難

4 宇宙冷却赤外線望遠鏡の歴史 IRAS (US, UK, Netherland) 1983 ISO (Europe) 1995 WISE (US) 2009 ~ 7/24 MSX (US)1996 Spitzer (US) 2003 ~ AKARI (Japan, Korea, Europe) 2006 ~2011 Herschel (Europe, US) 2009~2013 IRTS (Japan) 1995 SPICA SPICA (Japan, (Japan, Europe) Europe) ~ ~ JWST (US, Europe) 2020 ~ 2. あかり における国際協力 8/24 science module bus module 望遠鏡 近 中間赤外線観測装置 遠赤外線観測装置 日本 国際協力 冷凍機 赤外線センサー 望遠鏡 :71 cm, 6 K, 30.6 kg ( 主鏡 : 10.7 kg) 世界で最初の宇宙冷却 SiC 鏡 冷却系 : 液体ヘリウム (168リットル 打ち上げ20 日後 ) +スターリング冷凍機 遠赤外線観測装置 全天画像の作成 衛星追跡 コマンド送信 データ受信 全天画像の天体位置決め ( 欧州 ) データ処理 ( 韓国 イギリス オランダ )

5 全天赤外線画像 波長 9, 18, 65, 90, 140, 160 m で全天画像を取得名大は9, 18 mを担当 太陽系内ダスト分布 9 m 全天画像有機物 (polycyclic aromatic hydrocarbon: PAH) の放射バンド 天の川銀河の銀河面銀 9 m 銀河中心 PAH 放射で捉えたフィラメント構造 宇宙空間の至る所に有機物が存在 どこでどうやってできたのか? AKARI mid IR all sky maps Ishihara et al in prep. AKARI mid IR all sky maps are available at These are the state of the art all sky calibrated p// jp/ / y mid IR maps surpassing the previous IRAS maps in sensitivity and spatial resolution. In particular, the 9 m map is the unique resource as the world first all sky PAH (polycyclic aromatic hydrocarbon) tracer. Specifications and performance Band 9 m band 18 m band Center wavelength 8.61 m m Wavelength coverage m m FWHM of PSF Sensitivity 1 MJy/sr 1 MJy/sr Intensity accuracy 6 % 6 % Sky coverage >90 % >90 % Sample (6x6 deg.) File format Number of scans Filter response Coordinates Galactic (Equatorial) Pixel scale 4.36 Tile size Num. of tiles 3.2 x 3.2 deg. (3 x 3 deg. effective) 4578 tiles Suppl. maps N scan map (num. of scan) Weight map, Error map N scan Blue, Green: 9 m, Red: 18 m 9 m band 18 m band あかり 関連の論文数 :1535 本 そのうち国際研究が 1190 本 0 M82 AKARI MIR map Factsheet

6 11/24 あかり 打ち上げ直後のトラブル: 太陽面問題 Observation target Coarse sun sensor (NSAS) Sun satellite separation X+519 Sun acquisition s X+2700 s Fine Sun sensor Earth acquisition Star tracker 1216 (TFSS) coarse attitude control Earth sensor (CES) aperture jettison X+50 days (X+14 days) Earth observations star tracking NSAS-Y Y(PIXEL) 月 22 日 2 月 23 日 2 月 24 日 2 月 25 日 2 月 26 日 2 月 27 日 2 月 28 日 FOV CENTER NSAS-X(PIXEL) Something covered the surface of the Sun sensor (?). 12/24 あかり 運用終了につながったトラブル: 冷凍機 望遠鏡温温度 100K 80K 60K 40K Hybrid cryogenic system: 179 liter LHe + cryo-coolers 液体ヘリウム終了 (Nakagawa+07, Hirabayashi+07) 冷凍機トラブル バッテリー故障 20K 2006 年 1 月 Two-stage Stirling cooler, 2 sets (Narasaki+04) Cooling power: 200 mw at 20 K per set (100 W input) 50 W x 2 operation, 200 K Mass:9.4 kg gper set 2011 年 7 月

7 3. SPICAの実現に向けて SPICAの実現に向けて 冷凍機 放射冷却のみ 放射強度 I (W W m-2 srr-1) 温度8 K以下 2.5 m 45 K (JWST) 13/24 80 K (Herschel) 背景赤外線 10万分の1! 8 K (SPICA) SPICAがカバーする波長範囲 波長 ( m) 日本 冷却システム 中間赤外線観測装置 国際協力 望遠鏡 遠赤外線観測装置 14/24 赤外線分光学による宇宙進化史の解明 Enrichment of the Universe with metal and dust leading to the formation of habitable worlds IR spectroscopy Herschel (1) The rise and fall of galaxy formation (2) Star formation from filaments to galaxies (3) Gas, dust & ice evolution in planetary systems

8 本来は今頃 打ち上がっているはずだった 15/24 モーニング 2012 年第 51 号 SPICA 計画の長い道のり 2000: 宇宙研で国際会議を開催 SPICA 始動 2004: 第一回 SPICA コア会議 : JAXA ミッション定義審査 システム要求審査を通過 2012: リスク低減フェーズ 2013: Plan B (The project stopped. New SPICA started.) 2014: JAXAミッション定義審査 ( 中断 ) 予算超過 2014: Plan D ESA JAXA CDF study (New SPICA redefined.) ( ) 2015: JAXAミッション定義審査を通過 16/24 予算超過国際協力強化 国際協力強化 Plan A Plan B Plan D 日本学術会議マスタープランの重点計画に選定された 日本学術会議スタプランの重点計画に選定された 文部科学省ロードマップ 2017 に最高評価 aa で採択された

9 国際協力の役割分担 ( 現時点での合意案 ) 18/24 SPICA 中間赤外線分光器 SMI: 日本の大学コンソーシアム (+ 台湾との協力 ) で開発 (+ Taiwan/ASIAA) プロジェクト提案書に 650 人が参加

10 4. 今後の宇宙科学プロジェクト はやぶさ2: 2020 年度末に地球帰還 X 線天文衛星代替機 (XARM): 2020 年度末に打ち上げ 19/24 水星探査計画 (BepiColombo): 2018 年 10 月打ち上げ 2025 年水星到着 戦略的に実施する中型計画に基づく衛星 (10 年で 3 機 ) (1) 火星衛星サンプルリターン計画 (MMX): 2024 年度に打ち上げ (2) LiteBIRD または OKEANOS (Solar Power Sail):~2025 年度 (3) SPICA 公募型小型計画に基づく衛星 (2 年に 1 回 ) (1) 小型月着陸実証機 (SLIM): 2020 年度末打ち上げ (2) 深宇宙探査技術実証機 (Destiny+):2021 年度打ち上げ (3) ~2023 年度打ち上げ (4) ~2025 年度打ち上げ 国際的に宇宙科学プロジェクトの超大型化が進む中 今後 日本の宇宙科学プロジェクトにおける国際的な競争力をいかに維持するか? 宇宙科学分野 20/24 JAXA 宇宙研宇宙科学の中長期方針案より抜粋

11 惑星科学分野 21/24 JAXA 宇宙研宇宙科学の中長期方針案より抜粋 今後の宇宙科学を担う人材育成の重要性 22/24 現役世代で衛星機器開発の経験者が減ってきている 若者に対して装置開発のための実践的教育を実施 国際的な環境での観測実験を経験

12 名大における将来構想 23/24 宇宙開発研究センター : 学内の宇宙機開発の資源を集約し 理工連携の研究 開発を開発を推進 世界的拠点を形成する また 宇宙利用に関する人材育成 産学連携を実施する 中部航空宇宙産業 宇宙開発研究センター 人材育成 プログラム ChubuSat 企業連合 (MASTT) リーディング大学院フロンティア宇宙 国際協力で進める宇宙科学プロジェクト 24/24 まとめ 1. 名大は 1965 年に宇宙科学研究グループを立ち上げ 国際協力によって数多くのプロジェクトを牽引してきた 2. あかり はさまざまなトラブルを国際協力で乗り切った 赤外線全天画像を作成し 例えば 有機物が宇宙の至 有機物る所に存在することを明らかにした 3. 次世代赤外線天文衛星 SPICA は世界規模の国際協力プロジェクトとして計画が進行中 名大は日本担当観測装置の開発の中心的役割を果たす 4 宇宙科学プロジェクトにおける日本の国際的な競争力を 4. 宇宙科学プロジェクトにおける日本の国際的な競争力をいかに維持するか 将来を担う人材育成が非常に重要

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