月探査レビュー月探査の主目的は科学か?

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さいぞうこいまる
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1 月探査レビュー月探査の主目的は科学か? 国立天文台 RISE 月惑星探査検討室並木則行 2016 年 1 月 10 日 ( 日 ) はじめにこれからの月探査において科学は主目的になるのか?( 並木橋本先生 ) そもそもこれまでの月探査だって科学が主目的だったのか?( 橋本先生並木 ) を中心にもしや利用できるアイデアがあるかも?( 温故知新 by 田中智 ) 米国の火星探査機パスファインダーはエアバッグを使って軟着陸したが... 1

2 目次 1. アポロ計画以前のミッション発見の時代 2. アポロ計画における月科学の進展月科学を超える成果 3. アポロ計画以降の月探査多国化多目的化 4. これからの月探査ポスト ISS の政治主導と国際協力打上げ科学成果ルナ 1 号 1959 年 1 月 2 日月近傍を通過世界初の人工惑星になるルナ 2 号 1959 年 9 月 4 日晴れの海に命中月に初めて人工物を送り込むルナ 3 号 1959 年 10 月 7 日世界で初めて月の裏側を撮影ルナ 9 号 1966 年 2 月 3 日世界初の月面軟着陸着陸地点は嵐の大洋ルナ 10 号 1966 年 4 月 3 日世界で初めて月の人工衛星になるルナ 16 号 1970 年 9 月 20 日豊かの海に軟着陸岩石の標本を採取後 9 月 24 日無事に帰還ルナ 17 号 1970 年 11 月 17 日雨の海に軟着陸し世界初の月面車ルノホート 1 号が活動するルナ 24 号 1976 年 8 月 18 日危機の海に着陸し標本を地球へ送るルナ計画最後のミッション旧ソビエトの月探査 I. アポロ計画以前の月探査 ~ 発見の時代 ~ 2

ルナ 3 号 : 月裏側の撮像距離 63,500 km から初めて月裏側の画像を取得画像は不鮮明, しかし,

カメラはワイド (f = 200 mm) と望遠 (f = 500 mm) Mare Smythii Mare

月周辺環境の計測 7 種の観測機器ガンマ線スペクトル計, 三軸磁力計流星物質検出器放電カウンター

3 ルナ 3 号 : 月裏側の撮像距離 63,500 km から初めて月裏側の画像を取得画像は不鮮明, しかし, 表側と際立った違い二分性の発見フィルムカメラ + 自動現像装置 + スキャナ Mare Crisium カメラはワイド (f = 200 mm) と望遠 (f = 500 mm) Mare Smythii Mare Moscoviense Tsiolkovsky Crater Mare Ingenii ルナ 10 号 : 月周辺環境の計測 7 種の観測機器ガンマ線スペクトル計, 三軸磁力計流星物質検出器放電カウンター赤外線観測装置 X 線検出器荷電粒子検出器磁場は存在しないもしくはごく弱い表面の岩石は玄武岩に類似大気は存在しない月の重力異常 3

4 ルナ 16 号 : サンプルリターン 20 号,24 号と続く3 回の採集の第一回目 16 号 :101 g 20 号 :30 g 24 号 :170 g ドリルコア ~ 2 m (20 号 ) 年代は34 億年 (16 号 ),34-36 億年 (24 号 ) アポロサンプルとの質的な違い無人サンプル採集と有人サンプル採集の相違米国の月探査ひとえにアポロ計画のため最初は失敗の連続戦略的 ( 同時並行, 短期間の連続打上げ ) 4

$crater クレーターの飽和 Floor-fractured$ crater, cinder cone LTP (Lunar

5 パイオニア 0~4 号目的 : 磁場計測赤外放射計測月裏側の観測 5 機はいずれも月に到達せずレインジャー 1~9 号目的 : 弾道軌道 ( 月への到達 ) 質量測定クローズアップ画像 1~6 号は失敗 7~9 号は月にハードランディング 7 号 :Mare Cognitum 8 号 :Mare Tranquillitatis 9 号 :Alphonsus crater クレーターの飽和 Floor-fractured crater, cinder cone LTP (Lunar Transient Phenomena) レインジャー 8 号撮像の Sabine,Ritter クレタ - 5

サーベイヤー 1~7 号目的 : アポロ計画の準備 (1) 着陸技術開発 1, 3 号 :Oceanus Procellarum 5 号 :Mare Tranquillitatis,

Mg than #5 analysis anorthosite (contradiction to Urey s theory) 赤 : ルナ, 青 : アポロ, 黄 : サーベイヤー

赤道軌道,boulder,lineaments など 4 号 : 表と裏の 95 %,Orientale basin 5 号 : 解像度 2 m と 20 m, Copernichus,

6 サーベイヤー 1~7 号目的 : アポロ計画の準備 (1) 着陸技術開発 1, 3 号 :Oceanus Procellarum 5 号 :Mare Tranquillitatis, Mg-rich + Alpoor, アルファ散乱表面分析玄武岩 6 号 :Sinus Medii 7 号 :Tycho Crater (highland),higher Al + lower Mg than #5 analysis anorthosite (contradiction to Urey s theory) 赤 : ルナ, 青 : アポロ, 黄 : サーベイヤールナオービター 1~5 号目的 : アポロ計画の準備 (2) 周回軌道表面のマッピング搭載機器高解像度カメラ, 紫外線赤外線撮影カメラ, 放射線計測, 磁場計測 1~3 号 : 赤道軌道,boulder,lineaments など 4 号 : 表と裏の 95 %,Orientale basin 5 号 : 解像度 2 m と 20 m, Copernichus, Tycho, Arithtarchus, Marius Hills (volcanic activity) The Geologic History of the Moon [Wilhelms et al., 1987] 6

II. アポロ計画の月探査 ~ 月科学を超える成果 ~ 惑星科学の台頭 11 号 (1969 年 7 月 20 日 ) から 17 号 (1972 年 12 月 11 日 ) まで,13 号を除く,6 回の着陸有人探査 15 号 : 宇宙飛行士に地質巡検のトレーニング 16 号 : 宇宙飛行士に火山地形のトレーニング 17 号 : 最初で最後の地質学者 ( シュミット ) が参加

7 II. アポロ計画の月探査 ~ 月科学を超える成果 ~ 惑星科学の台頭 11 号 (1969 年 7 月 20 日 ) から 17 号 (1972 年 12 月 11 日 ) まで,13 号を除く,6 回の着陸有人探査 15 号 : 宇宙飛行士に地質巡検のトレーニング 16 号 : 宇宙飛行士に火山地形のトレーニング 17 号 : 最初で最後の地質学者 ( シュミット ) が参加スコット船長のトレーニング風景 11 号 :Mare Tranquillitatis 地震計 ( 月震は稀 ), レーザ反射板 12 号 :Oceanus Procellarum ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiment Package) 14 号 :Fra Mauro Fra Mauro 層 ;Imbrium からの eject ALSEP 15 号 :Mare Imbrium Highland/mare 境界, ハドリー峡谷アペニン山脈 ALSEP 16 号 :Descartes Highlands ALSPE Impact こそ月の地質の主要因 17 号 :Mare Tranquillitatis ALSEP 30 km の踏査, 120 kg のサンプル II. アポロ計画の月探査 ~ 月科学を超える成果 ~ 7

8 アポロの科学成果 : 地震計 11, 12, 14, 15,16 号が月震計を設置 14 号で active 月震探査観測時間は通算 8 年 10 ヶ月 12,558 回の地震記録 ( 地球 ) 地震に比べてノイズは少ないが, 散乱が強い P 波,S 波の同定は困難統計処理 Next: ネットワーク ( 特に裏側 )? 1000 km 以深は分からない Weber et al. [2011] Science, 331, アポロの科学成果 : レーザ反射板物理秤動観測マントル深部に低粘性高密度の層が必要オーバーターン Next: 劇的に精度を上げるためには大型反射板を設置する or 地上の大型望遠鏡を利用する or 桁違いに強力なレーザ Matsumoto et al. [2015] GRL, DOI: /2015GL

アポロの科学成果 : 熱流量測定 15,17 号での測定データ地形の影響が大きい

日本周辺の熱流量分布モデル熱流量と実測値の比較.X:15 号,O:17 号 [Siegler et al.

アポロの科学成果 : 重力異常 Lunar Orbiter ( 表側 ) と 15, 16 号の小型衛星 ( 赤道域

9 アポロの科学成果 : 熱流量測定 15,17 号での測定データ地形の影響が大きい地震ネットワーク以上に多点の観測が必要軌道上から輝度温度測定 Chang E-1 上 :ALSEP 下 : 日本周辺の熱流量分布モデル熱流量と実測値の比較.X:15 号,O:17 号 [Siegler et al., LPSC2013]. アポロの科学成果 : 重力異常 Lunar Orbiter ( 表側 ) と 15, 16 号の小型衛星 ( 赤道域 ) Muller and Sjogren, 161 (3842): 質量異常は表面にあると仮定スプライン関数で近似 Sjogren,1977, Phil. Trans., Ser. A, 285, 内部構造に関する重大なヒント 9

10 アポロの科学成果 : 元素組成 (X 線,g 線 ), ダスト周回機から ( 赤道域 )X 線と g 線を観測残念ながら赤道域のみ浮遊ダストアポロの科学成果 : サンプルリターン (I) 11 号 :40 kg, high Ti 12 号 :low Ti, KREEP 14 号 :impact-melt breccia (high-p phase) 15 号 :green glass 16 号 :impact melt 17 号 :black-and-orange glass 10

11 サンプルリターン : 地域性角礫岩には種々のサンプルが含まれる...? 月面は FHT,PKT,SPA に三分されるアポロサンプルは領域の境界から収集されている PKT の組成を反映している Giguere et al. (2000) MaPS 35, 193 サンプルリターン : 月隕石アポロサンプル 400 kg に対して,100 個, 38 kg 全球からのサンプリング (PKT ~ 15 %) 年代少なくとも 56 箇所から裏側からのサンプル :Dhofar 489 アポロサンプル 38 ~ 32 億年月隕石 43.5 ~ 28.7 億年裏側, 深部からのサンプル,urKREEP 荒井,2009, 地球化学 43,

アポロ計画の影響 : 惑星探査の開花火星探査 1973.11.3 マリナー 10 号 1975.8.20, 1975.9.9 バイキング1, 2 号金星探査 1961.2.12-1983.6.7 ベネラ 1978.5.20 パイオニアビーナス木星探査 1972.

1994-5 May 1994 Lunar Propsector 7 Jan. 1998-31 July 1999 SMART-1 27 Sept. 2003-3 Sept. 2006 Kaguya (SELENE) 14 Sept.

2009 LRO 17 June 2009 - STILL ACTIVE LCROSS 17 June 2009-9 Oct.

12 アポロ計画の影響 : 惑星探査の開花火星探査マリナー 10 号 , バイキング1, 2 号金星探査ベネラパイオニアビーナス木星探査 , パイオニア10, 11 号 , ボイジャー 1, 2 号 III. アポロ計画以後の月探査 ~ 多国化多目的化 ~ Clementine 25 Jan May 1994 Lunar Propsector 7 Jan July 1999 SMART-1 27 Sept Sept Kaguya (SELENE) 14 Sept June 2009 Chang E 1 24 Oct Mar Channdrayaan-1 22 Oct Aug LRO 17 June STILL ACTIVE LCROSS 17 June Oct ARTEMIS 20 July STILL ACTIVE Chang e 2 1 Oct April 2012 GRAIL 10 Sept Dec LADEE 6 Sept Apr Chang E 3 1 Dec STILL ACTIVE 12

米国 : 科学から資源へ CLEMENTINE 国防総省 + NASA + 弾道ミサイル防衛局目的 : 高緯度地域の科学観測

荷電粒子センサ, レーザ距離計, レーダ南極エイトケン盆地の発見宇宙風化の定量化全球重力場鉱物マップ永久影中の水

米国 : 科学から資源へ CLEMENTINE 南極エイトケン盆地の発見宇宙風化の定量化全球重力場鉱物マップ (FeO,

13 米国 : 科学から資源へ CLEMENTINE 国防総省 + NASA + 弾道ミサイル防衛局目的 : 高緯度地域の科学観測宇宙防衛小型化技術の機能確認搭載機器高分解能カメラ, 紫外線可視光カメラ, 近赤外線カメラ, 長赤外線カメラ, 荷電粒子センサ, レーザ距離計, レーダ南極エイトケン盆地の発見宇宙風化の定量化全球重力場鉱物マップ永久影中の水月南半球の地形. 赤は高地, 青は低地 ( かぐや LALT データ ). 米国 : 科学から資源へ CLEMENTINE 南極エイトケン盆地の発見宇宙風化の定量化全球重力場鉱物マップ (FeO, TiO 2 ) 永久影中の水 Lucey et al., 2000, JGR, 105, 20,377-20,386. 月南半球の地形. 赤は高地, 青は低地 ( かぐや LALT データ ). 13

米国 : 科学から資源へ LUNAR PROSPECTOR 目的 : 科学資源極域水の確認

電子反射計, ドップラー重力計測器極域に約 30 億トンの水米国 : 科学から資源へ

Lunar Radiometer Experiment,LAMP (Lyman-Alpha

Neutron Detector),LOLA (Lunar Orbiter Laser

Camera),Mini-RF Wagner & Robinson, 2014, Icarus,

14 米国 : 科学から資源へ LUNAR PROSPECTOR 目的 : 科学資源極域水の確認 ( 正しくは H) 搭載機器中性子線分光計, ガンマ線分光計, アルファ線分光計, 磁力計電子反射計, ドップラー重力計測器極域に約 30 億トンの水米国 : 科学から資源へ LRO 目的 : 科学 < 資源, 月利用資源の計測放射環境搭載機器 Diviner Lunar Radiometer Experiment,LAMP (Lyman-Alpha Mapping Project), LEND (Lunar Exploration Neutron Detector),LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter),LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera),Mini-RF Wagner & Robinson, 2014, Icarus, 237, m 解像度のパノラマ多数の pit 溶岩流の層を識別若い (< 10 億年 ) のテクトニクス 14

Shadowed Region) の霜氷 LCROSS カベウスクレーターへの衝突

15 米国 : 科学から資源へ LRO 0.5 m 解像度のパノラマ多数のpit 溶岩流の層を識別若い (< 10 億年 ) のテクトニクス Robinson et al., 2012, Planet. & Space Sci., 69, Watters et al., 2010, Science, 329, 米国 : 科学から資源へ LRO 極域 PSR (Permanent Shadowed Region) の霜氷 LCROSS カベウスクレーターへの衝突 Gladstone et al., 2012, J. Geophys. Res., 117, doi: /2011je Colaprete et al., 2010, Science, 330, Schultz et al., 2010, Science, 330,

16 米国 : 科学から資源へ GRAIL 目的 : 科学 >> 資源, 月利用重力場と内部構造有人探査のサポート搭載機器 Kaバンド通信超高解像度の重力マップ Andrews-Hanna et al., 2014, Nature, 514, 米国 : 科学から資源へ LADEE 目的 : 科学 < 資源, 月利用大気の構成ダスト環境双子座流星雨時にダスト量の増加を計測浮遊ダストは確認できず Horányi et al., 2014, LPSC

欧州 : 工学試験 SMART-1 目的 : イオンエンジンの技術試験搭載機器 X 線スペクトロメータ高精度月小型カメラ小型赤外線スペクトロメータ?

(HySI), レーザー高度計 (LLRI), 高エネルギー X 線スペクトロメータ (HEX), 月面衝突装置 (MIP) X 線スペクトロメータ (C1XS) (ESA),

小型合成開口レーダ (MiniSAR) (NASA), 月面鉱物マッピング装置 ( 英語版 ) (M3) (NASA) X 線測定 ( 低 S/N) 鉱物中の OH 基 Particle

17 欧州 : 工学試験 SMART-1 目的 : イオンエンジンの技術試験搭載機器 X 線スペクトロメータ高精度月小型カメラ小型赤外線スペクトロメータ?... だが小型衛星による月探査の例インド : 深宇宙に参入 CHANDRAYAAN-1 目的 : 地形図鉱物分布図搭載機器地形マッピングカメラ (TMC), 高解像度スペクトルカメラ (HySI), レーザー高度計 (LLRI), 高エネルギー X 線スペクトロメータ (HEX), 月面衝突装置 (MIP) X 線スペクトロメータ (C1XS) (ESA), 近赤外線スペクトロメータ (SIR-2) (ESA), 低キロ電子ボルト原子反射解析装置 (SARA) (ESA), 放射線モニタ (RADOM) ( ブルガリア科学アカデミー ), 小型合成開口レーダ (MiniSAR) (NASA), 月面鉱物マッピング装置 ( 英語版 ) (M3) (NASA) X 線測定 ( 低 S/N) 鉱物中の OH 基 Particle Induced X-ray emission 計測 [Narendranath et al., 2014, ASR, 54, 1993]. OH/H 2 O の 3 mm 吸収 [Pieters et al., 2009, Science, 326, ]. 17

18 目的 : 中国 : 月探査を牽引 CHANG E-1 3 次元画像元素分布レゴリス調査惑星間環境搭載機器 CCD 立体カメラ, レーザ高度計, 画像分光器, ガンマ線分光器,X 線分光器, マイクロ波測定器, 太陽高エネルギー粒子測定器, 太陽風粒子測定器 ( 低エネルギーイオン測定器 ) 輝度温度の観測 3 GHz の輝度温度. 上 : 昼間 9 ~ -10 K, 下 : 夜間 7 ~ -10 K [Chan et al., 2010, EPSL, 295, ]. 目的 : 日本 : 科学と開発ひてんはごろも衛星軌道 ( スイングバイ ) 制御技術の確率搭載機器ダストカウンタ理学的成果はなしアポロ 8 号の 8 の字軌道. 18

マルチバンドイメージャ, スペクトルプロファイラ, 地形カメラ, 月レーダサウンダー, 月磁場観測装置, レーザ高度計,

19 日本 : 科学と開発 LUNAR-A 目的 : 内部構造搭載機器地震計熱流量計中止 APPROACH 計画 ( ペネトレータ 2 基 ) へ日本 : 科学と開発かぐや目的 : グローバルマッピングアウトリーチ搭載機器蛍光 X 線分光計, ガンマ線分光計, マルチバンドイメージャ, スペクトルプロファイラ, 地形カメラ, 月レーダサウンダー, 月磁場観測装置, レーザ高度計, プラズマ観測装置, 粒子線計測器, 電波科学, 超高層大気プラズマイメージャ,VLBI 電波源, リレー衛星, ハイビジョンカメラ地殻形成と裏側の理解 19

20 日本 : 科学と開発かぐや (TC/MI/SP) 月岩石学の新展開 PAN (Pure Anorthosite) 月裏側の火山活動は36 億年 ~24 億年前まで継続 Next: 月裏側からサンプル採集春山ほか, サイエンス,2008. 日本 : 科学と開発かぐや (LALT/VRAD/RSAT) 低次重力場係数の精度向上ラブ数 (k 2 ) の更新月裏側の重力観測 GRAIL が一新, 桁違いに. Next: 月レーザ測距の飛躍的発展? 左 : 月裏側のフリーエア重力異常右 : 全球地形図 20

909-912] 日本 : 科学と開発かぐや (GRS) トリウム分布 Min.

21 日本 : 科学と開発かぐや (LRS) 海の火山活動に複数回の休止期 Next: 地中レーダによる実証海の地下構造 [Ono et al., 2009, Science, 323, pp ] 日本 : 科学と開発かぐや (GRS) トリウム分布 Min. Th は地殻最厚いに対応最古の地殻? Next: 裏側サンプルリターン urkreep Yamashita et al., 2010, GRL, 37, L10201.] 21

日本 : 科学と開発かぐや (HDTV) アニメ漫画に登場するロケットがスペースシャトルから

jspec.jaxa.jp/enterprise/data/ roadmap_j.pdf 1.

22 日本 : 科学と開発かぐや (HDTV) アニメ漫画に登場するロケットがスペースシャトルから H2A に Next: 月面の音?! 上 : 地球の出左 : シュレディンガー盆地国際宇宙探査ロードマップ IV. これからの月探査 ~ ポスト ISS の政治主導と国際協力 ~ roadmap_j.pdf 1. 大規模国際協力ミッションへの部分的参加設計 2. 日本独自科学主導の小型ミッション 3. 国際宇宙ステーションからの定常観測 4. 地球観測衛星天文観測衛星の利用 22

23 IV. これからの月探査 ~ ポスト ISS の政治主導と国際協力 ~ 無人月探査計画ロシア, 韓国も積極的 SLIM: ピンポイント着陸目的高精度着陸 (100 m レベル ) 技術の実証軽量システム ( 月惑星探査の高頻度化 ) 着陸誘導制御技術画像照合航法着陸衝撃吸収系薄膜電池シート,SUS ラミネートバッテリ高性能推進系 23

大規模国際協力ミッションへの部分的参加設計 Ready-to-Onboard な観測機器の準備利用資源探査との親和性ただし,ISS 国際宇宙探査小委員会の掲げる目的は

24 IV. これからの月探査 ~ ポスト ISS の政治主導と国際協力 ~ 国際月ステーションからの無人有人探査計画 ESA Vision 2030 (International symposium on Moon , Dec. 2015) IV. これからの月探査 ~ ポスト ISS の政治主導と国際協力 ~ 1. 大規模国際協力ミッションへの部分的参加設計 Ready-to-Onboard な観測機器の準備利用資源探査との親和性ただし,ISS 国際宇宙探査小委員会の掲げる目的は科学と滞在 ( 資源利用は含まれない ) [2016 宇宙科学シンポジウム ] SELENE-R 2. 日本独自科学主導の小型ミッション 3. 国際宇宙ステーションからの定常観測 4. 地球観測衛星天文観測衛星の利用 24

IV. これからの月探査 ~ ポスト ISS の政治主導と国際協力 ~ 国際宇宙探査ロードマップ 1. 大規模国際協力ミッションへの部分的参加設計 2. 日本独自科学主導の小型ミッション小型技術の活用 : イプシロンロケット, 小型衛星超小型衛星新パートナー ( 台湾, ベトナム...) 3. 国際宇宙ステーションからの定常観測 4.

25 IV. これからの月探査 ~ ポスト ISS の政治主導と国際協力 ~ 国際宇宙探査ロードマップ 1. 大規模国際協力ミッションへの部分的参加設計 2. 日本独自科学主導の小型ミッション小型技術の活用 : イプシロンロケット, 小型衛星超小型衛星新パートナー ( 台湾, ベトナム...) 3. 国際宇宙ステーションからの定常観測 4. 地球観測衛星天文観測衛星の利用台湾の地上観測衛星 FORMOSAT-2. 2 台のカメラを搭載して, 最高解像度 2 mで地表を観測国際宇宙探査ロードマップ IV. これからの月探査 ~ ポスト ISS の政治主導と国際協力 ~ 1. 大規模国際協力ミッションへの部分的参加設計 2. 日本独自科学主導の小型ミッション 3. 国際宇宙ステーションからの定常観測 2020 年代月近傍からの着陸 (4 名以上 ) 無人ローバの遠隔操作など超小型衛星ミッションの可能性 4. 地球観測衛星天文観測衛星の利用 25

26 IV. これからの月探査 ~ ポスト ISS の政治主導と国際協力 ~ 国際宇宙探査ロードマップ 1. 大規模国際協力ミッションへの部分的参加設計 2. 日本独自科学主導の小型ミッション 3. 国際宇宙ステーションからの定常観測 4. 地球観測衛星天文観測衛星の利用温室効果ガス観測衛星いぶき (GOSAT) 高感度センサを搭載おわりに過去のミッション, 実現しなかった計画にもヒントがある方法論は多様 ( 月周回ステーションから地球観測衛星まで ) 王道としての大規模国際協力ミッションと, ニッチとしての日本独自小型ミッションの使い分け 26

Microsoft PowerPoint - press_pi.ppt

Microsoft PowerPoint - press_pi.ppt 月周回衛星かぐや (SELENE) ( 打上げ :H-ⅡA 13 号機 ) 月周回軌道中のコンフィギュレーション宇宙航空研究開発機構 (JAXA) 宇宙科学研究本部 (ISAS) SELENEプロジェクトチーム 0 かぐや (SELENE) 概要 1 かぐや (SELENE) の目的と役割 1. 目的科学観測月表面の元素分布鉱物分布地形表層構造重力場磁場を詳細に観測し月の誕生と成り立ちの解明を目指すとともに

月探査レビュー 月探査の主目的は科学か?

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