ハワイ・ハレアカラ小中口径鏡による太陽系惑星の可視・赤外高分散分光研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H05209
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 笠羽 康正 東北大学, 理学研究科, 教授 (10295529)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鍵谷 将人 東北大学, 理学研究科, 助教 (30436076) ; 亀田 真吾 立教大学, 理学部, 准教授 (30455464) ; 中川 広務 東北大学, 理学研究科, 助教 (30463772) ; 坂野井 健 東北大学, 理学研究科, 准教授 (80271857)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 木星 / 金星 / 火星 / 水星 / 土星 / 惑星大気 / 惑星電離圏・磁気圏 / 光・赤外観測

Outline of Annual Research Achievements

ハワイ大・天文学研究所と協力してハワイ・ハレアカラ山頂に口径40cmシュミット（可視）・60cmカセグレン（可視・赤外）を整備し、独自赤外・可視分光器や国内外持込機器を装着した「惑星専用望遠鏡」として活動させるべく，活動を開始した。
観測目標は， (1)木星: イオトーラス・オーロラ・大気活動、(2)火星: 低～高層大気、(3)金星: 低～高層大気（イタリア・ベルギーグループとも共同）、(4)水星・土星:希薄流出大気の長期変動追跡観測である。極端紫外線望遠鏡衛星Hisaki(主に木星)、欧Mars Expressおよび2014年末に観測着手した米MAVEN(火星)を支える「国際観測網」の一翼を担った。この活動はまた，2015年末に金星周回軌道に入ったJAXA Akatsuki(金星)、2016年春に太陽風観測を経て2016年７月に木星周回軌道に入る予定の米Juno(木星)への国際連携観測網構築準備の一環でもあった．なお，米Junoの太陽風観測キャンペーン開始が2016年5月にずれ込んだため，一部経費を繰り越して2016年度の活動を強化している．
また，ハワイ・マウナケア山頂（Subaru-8m，IRTF-3m）による木星赤外観測提案も実現させ、Hisaki（木星）らとの同時観測も実現に至った．得た観測データは宇宙望遠鏡・探査機データとともに複数の査読論文・学会講演として結実させつつある．
さらに，観測に伴うマウイ島長期滞在機会を活かして，ハレアカラ山頂でハワイ大・ドイツグループらと共同建設中の1.8m惑星・系外惑星専用望遠鏡の現地作業に参加し，特に主鏡ラフ研磨（東北大資金による）の確実な進捗と観測所予定敷地の環境アセスメント申請に対して直接的な貢献を行うことができた．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

(1) 木星のイオトーラス・オーロラ・大気変動(Hisakiと連動)：Hisakiと連動しイオトーラスとイオ火山活動の長期継続情報を世界唯一提供した。また，Subaru-8m（2016年1月）・IRTF-3m（2016年1月)の観測時間を獲得．熱圏(CH4:8μm帯、H2:2μm帯)-電離圏(H3+:2・3μm帯)」の変動データ取得に成功している．特に補償光学機能を活用した木星赤外オーロラ・大気光観測は世界で我々しか成果公表に至っていない貴重なものとなった．
(2)(3) 金星・火星大気の上下間結合(MEX・MAVENと連動): 2015年末の軌道周回再挑戦を成功裏に終えたAkatsuki探査機に備えた作業を行なった．Subaru-8mによるAkatsukiとの同時中間赤外域撮像の提案の採択を獲得するとともに，欧探査機TGOの本格観測開始にも向けて中間赤外ヘテロダイン装置の冷凍機駆動化による遠隔操作化作業を順調に進めた．その準備として欧火星探査機MEX・米火星探査機MAVENによる微量成分・高高度大気観測解析を順調に進めるとともに，Subaru-8mとの同時観測による水循環解明等の成果をあげた．またベルギー・イタリアチームと共同でリトリーバル手法の開発も実施した．
(4) 水星・土星希薄大気の組成・分布変動の追跡：11月近傍の水星観測好適機に、太陽活動低下中でのNa・K希薄大気モニター実施に成功し，太陽活動度依存性を追求するにたる長期均質データ蓄積に着手した．また土星衛星エンセラダスから噴出する水分子等の分光観測に要する分光器試験を実施した．
(5) ハワイ滞在期間を活かし、共同建設を進める1.8m惑星・系外惑星専用望遠鏡の主鏡ラフ研磨のし進行と、建屋建設に要する環境アセスメント申請を確実に進めた．ドイツチームとも60cm望遠鏡で系外惑星偏光観測試験に着手した．
なお，修士論文１も本研究の直接成果として得られている．

Strategy for Future Research Activity

2016年度にも，東北大40cmシュミット（可視）・60cmカセグレン（可視・赤外）の更なる遠隔駆動・安定運用に向けた整備を進めていく。この基礎の元， (1)木星: イオトーラス・オーロラ・大気活動、(2)火星: 低～高層大気、(3)金星: 低～高層大気（イタリア・ベルギーグループとも共同）、(4)水星・土星:希薄流出大気の長期変動追跡観測を実施。極端紫外線望遠鏡衛星Hisaki(主に木星)、欧Mars Express・米MAVEN(火星)、および本格始動するJAXA Akatsuki(金星)、米Juno(木星)を支える「国際観測網」の一翼を担う。特に太陽風観測を経て7月に周回軌道に入り11月から本格観測に入る米Juno探査機との連動は，国際要請も高い。この作業は当初2015年度末に予定したが，米Juno探査機の「木星上流での太陽風観測」時のHisaki・地上望遠鏡による共同観測キャンペーンがJuno側観測着手が５月となることが判明したため，2016年度の実施として必要額を次年度に残すこととしたものである．
また，新たな観測提案によってハワイ・マウナケア山頂（Subaru-8m，IRTF-3m）・アタカマ（サブミリ波望遠鏡ALMA)・NASA航空機望遠鏡SOFIAによる赤外・サブミリ波観測提案も実現させ、Hisaki・Juno（木星），Mars Express・MAVEN（火星），Akatsuki（金星）らとの同時観測も実現させる．
さらに，観測に伴うマウイ島長期滞在機会を活かして，ハレアカラ山頂でハワイ大・ドイツグループらと共同建設中の1.8m惑星・系外惑星専用望遠鏡の現地作業に参加し，特に主鏡ラフ研磨（東北大資金による）および観測所予定敷地の環境アセスメント作業に対して直接的な貢献を行う．

Research Products

• [Int'l Joint Research] ハワイ大学・天文学研究所/NASA ゴダード宇宙センター(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ハワイ大学・天文学研究所/NASA ゴダード宇宙センター
• [Int'l Joint Research] イタリア国立宇宙物理研究機関（INAF）・惑星科学研究所（IAPS）(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: イタリア国立宇宙物理研究機関（INAF）・惑星科学研究所（IAPS）
• [Int'l Joint Research] キーペンハウアー太陽物理研究所/ケルン大学l(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: キーペンハウアー太陽物理研究所/ケルン大学l
• [Journal Article] Search for hydrogen peroxide in the Martian atmosphere by the Planetary Fourier Spectrometer onboard Mars Express (2015)
  • Author(s): Aoki, S., M. Giuranna, Y. Kasaba, H. Nakagawa, G. Sindoni, A. Geminale, and V. Formisano
  • Journal Title: Icarus Volume: 245 Pages: 177-183
  • DOI: doi:10.1016/j.icarus.2014.09.034
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Seasonal variation of the HDO/H2O ratio in the atmosphere of Mars at the middle of northern spring and beginning of northern summer (2015)
  • Author(s): Aoki, S., H. Nakagawa, H. Sagawa, M. Giuranna, G. Sindoni, A. Aronica, and Y. Kasaba
  • Journal Title: Icarus Volume: 260 Pages: 7-22
  • DOI: DOI:10.1016/j.icarus.2015.06.021
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Relation between the short-term variation of the Jovian radiation belt and thermosphere derived from radio and infrared observations (2015)
  • Author(s): Kita, H., H. Misawa, A. Bhardwaj, F, Tsuchiya, T. Sakanoi, Y. Kasaba, C. Tao, Y. Miyoshi, A. Morioka
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 120 Pages: 6614-6623
  • DOI: doi:10.1002/2015JA021374
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Venus’ clouds as inferred from the phase curves acquired by IR1 and IR2 on board Akatsuki (2015)
  • Author(s): Satoh, T., S. Ohtsuki, N. Iwagami, M. Ueno, K. Uemizu, M. Suzuki, G.L. Hashimoto, T. Sakanoi, Y. Kasaba, R. Nakamura, T. Imamura, M. Nakamura, T. Fukuhara, A. Yamazaki, M. Yamada
  • Journal Title: Icarus Volume: 248 Pages: 213-220
  • DOI: doi:10.1016/j.icarus.2014.10.030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local electron heating in the Io plasma torus associated with Io from HISAKI satellite observation (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, F., M. Kagitani, K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, A. Yamazaki, H. Nozawa, Y. Kasaba, T. Sakanoi, K. Uemizu, I. Yoshikawa
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 120 Pages: 10,317-10,333
  • DOI: DOI:10.1002/2015JA021420
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Brightening event seen in observations of Jupiter's extended sodium nebula (2015)
  • Author(s): Yoneda, M, M. Kagitani, F. Tsuchiya, T. Sakanoi, and S. Okano
  • Journal Title: Icarus Volume: 121 Pages: 31-33
  • DOI: doi:10.1016/j.icarus.2015.07.037
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Regional coupling between lower and upper atmosphere revealed by MAVEN/IUVS and complementary study by Earth-based observations (2016)
  • Author(s): Nakagawa, H., A. Medvedev, C. Mockel, S. Jain, S. Evans, N. Schneider, T. Kuroda, N. Terada, K. Terada, K. Seki, S. Aoki, H. Sagawa, Y. Kasaba, K. Takami, I. Murata, G. Sonnabend, M. Sornig, M. Kagitani, T. Sakanoi, S. Okano, M. Taguchi, J. Kuhn, J. Ritter
  • Organizer: International GEMSIS and ASINACTR-G2602 Workshop: Future Perspectives of Researches in Space Physics
  • Place of Presentation: 名古屋大（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2016-03-22 – 2016-03-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Planetary Environment Studies executed by a Small Telescopes Dedicated to Planets and Exoplanets at Haleakala, Hawaii (2016)
  • Author(s): Kasaba, Y., T. Sakanoi, M. Kagitani, H. Nakagawa, H. Kita, I. Murata, T. Obara, S. Okano, M. Yoneda, J. Kuhn, and S. Berdyugina
  • Organizer: International GEMSIS and ASINACTR-G2602 Workshop: Future Perspectives of Researches in Space Physics
  • Place of Presentation: 名古屋大（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2016-03-22 – 2016-03-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TAOとハレアカラ望遠鏡による木星ならびに小天体の連続観測 (2016)
  • Author(s): 坂野井健,宮田隆志,平原靖大,鍵谷将人,北元,米田瑞生,笠羽康正,大坪貴文,臼井文彦,上塚 貴史,長谷川直
  • Organizer: 天文学会 2016年春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [Presentation] Measurements of mesospheric wind and temperature in the Venusian atmosphere using MILAHI aboard Tohoku Univ. 60cm (2016)
  • Author(s): Takami, K., H. Nakagawa, H. Sagawa, S. Aoki, Y. Kasaba, I. Murata
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2016
  • Place of Presentation: 東北大（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Io's volcanic influence on the Io plasma torus: HISAKI observation (2016)
  • Author(s): Tsuchiya, F., K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, M. Yoneda, R. Koga, M. Kagitani, H. Nozawa, C. Tao, T. Sakanoi, Y. Kasaba, A. Yamazaki, I. Yoshikawa
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2016
  • Place of Presentation: 東北大（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ESA ExoMars Trace Gas Orbiter: Current status (just prelaunch) and the relationships to our Mars mission (2016)
  • Author(s): Kasaba, Y., H. Nakagawa, T. Sakanoi, S. Aoki, M. Giuranna, A. Vandaele, O. Korablev
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2016
  • Place of Presentation: 東北大（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Horizontal and vertical structures of the Jovian IR aurora from plasma and neutral atmospheres: Observation by SUBARU/IRCS with Adaptive Optics (2016)
  • Author(s): Fujisawa, S., Y. Kasaba, C. Tao, T. Sakanoi, M. Kagitani, H. Kita
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2016
  • Place of Presentation: 東北大（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Summary of JSPS program on international collaboration for planetary plasma and atmospheric dynamics research based on Hawaiian planetary telescopes (2016)
  • Author(s): Sakanoi, T., M. Kagitani, H. Nakagawa, N. Terada, T. Kuroda, Y. Kasaba, T. Obara, H. Misawa, F. Tsuchiya
  • Organizer: Symposium on Planetary Science 2016
  • Place of Presentation: 東北大（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Io's volcanic influence on the Io plasma torus: HISAKI observation in 2015 (2015)
  • Author(s): Tsuchiya, F., K. Yoshioka, T. Kimura, G. Murakami, M. Yoneda, R. Koga, M. Kagitani, T. Sakanoi, Y. Kasaba, A. Yamazaki, I. Yoshikawa
  • Organizer: American Geophysical Union 2015 Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco（USA）
  • Year and Date: 2015-12-07 – 2015-12-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Solar wind influence on the Jovian inner magnetosphere observed by Hisaki/EXCEED (2015)
  • Author(s): Murakami, G., K. Yoshioka, A. Yamazaki, F. Tsuchiya, T. Kimura, C. Tao, M. Kagitani, T. Sakanoi, K. Uemizu, Y. Kasaba, I. Yoshikawa, M. Fujimoto
  • Organizer: American Geophysical Union 2015 Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco（USA）
  • Year and Date: 2015-12-07 – 2015-12-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 赤外ヘテロダイン分光器 MILAHI を用いた 火星・金星大気観測 (2015)
  • Author(s): 中川 広務, 青木 翔平, 佐川 英夫, 笠羽 康正, 村田 功, 高見 康介, 鍵谷 将人, 坂野井 健, 岡野 章一
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第139回総会および講演会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-11-04
• [Presentation] Enhancement of Io's volcanic activity and its influence on local electron heating in the Io plasma torus (2015)
  • Author(s): 土屋 史紀, 鍵谷 将人, 古賀 亮一, 野澤 宏大, 米田 瑞生, 吉岡 和夫, 木村 智樹, 村上 豪, 坂野井 健, 笠羽 康正, 山崎 敦, 吉川 一朗
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第142回総会および講演会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-11-04
• [Presentation] 赤外レーザーヘテロダイン分光による金星中間 圏の風速場 / 温度場計測 (2015)
  • Author(s): 高見 康介, 中川 広務, 佐川 英夫, 青木 翔平, 笠羽 康正, 村田 功
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第143回総会および講演会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-11-04
• [Presentation] ハワイ・ハレアカラ山頂の惑星/系外惑星専用 望遠鏡:40cm・60cm 活動状況および 1.8m 新設計画 (2015)
  • Author(s): 笠羽 康正, 坂野井 健, 鍵谷 将人, 中川 広務, 村田 功, 小原 隆博, 岡野 章一, 米田 瑞生
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第145回総会および講演会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-11-04
• [Presentation] 木星電離・中性オーロラ発光の水平・鉛直構造 比較:SUBARU/IRCS による補償光学観測 (2015)
  • Author(s): 藤澤 翔太, 笠羽 康正, 垰 千尋, 北 元, 鍵谷 将人, 坂野井 健
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第147回総会および講演会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-10-31 – 2015-11-04
• [Presentation] ASIMUT on line radiative transfer code (2015)
  • Author(s): Vandaele, A.C.; L. Neary, S. Robert, V. Letocart, M. Giuranna, Y. Kasaba
  • Organizer: European Planetary Science Congress 2015
  • Place of Presentation: Nantes（France）
  • Year and Date: 2015-09-27 – 2015-10-02
  • Int'l Joint Research