2018 Fiscal Year Annual Research Report
太陽軟Ｘ線撮像分光で拓く磁気再結合・粒子加速研究の新地平：ロケット実験から衛星へ
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18H03724
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
成影 典之 国立天文台, SOLAR-C準備室, 助教 (50435806)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 粒子加速 / 磁気再結合 / X線撮像分光観測 / 観測ロケット実験 FOXSI-3 / 衛星計画 PhoENiX |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、「宇宙プラズマにおいて普遍的に起きている磁気再結合と粒子加速の理解」を目指し、太陽フレアに対する軟X線の２次元集光撮像分光観測の実現を目的としている。この観測により、X線のエネルギースペクトルを空間分解能・時間分解能を持って取得することが可能となる。つまり、太陽コロナを占めるプラズマの物理情報（温度、密度、非熱的成分の冪指数など）を、各構造毎に、時間発展を追いながら調べることが可能になる。本研究では、この観測の実現に向け、裏面照射型CMOS検出器を用いた軟X線高速度カメラを開発し、1ピクセルに複数のX線光子が入射するよりも速く読み出すことで、X線光子1個1個の情報を取得するという手法を取る。
平成30年度（2018年度）、我々はこのカメラ開発を完了させ、日米共同の太陽X線観測ロケット実験FOXSI-3（Focusing Optics X-ray Solar Imagerの3回目の飛翔）に搭載した。そして、2018年9月7日午前11時21分（アメリカ山岳部夏時間；日本時間では、2018年9月8日午前2時21分）、米国ニューメキシコ州ホワイトサンズの観測ロケット打ち上げ場にて、FOXSI-3 の打ち上げを行った。FOXSI-3 は、最高到達高度約300kmの弾道軌道で約15分間飛翔し、「活動領域」、「静穏領域」、「太陽の北極域」といったX線輝度の異なる３つの太陽コロナ領域を、約6分間観測した。FOXSI-3 搭載の観測機器は全て正常に動作し、世界初となる太陽コロナの軟X線・２次元集光撮像分光観測に成功した。
現在、観測装置の機器較正と観測データの初期解析を行っている段階であるが、合計数百万個以上の軟X線光子を検出している。これらの光子を用いることで、空間・時間・エネルギーという３つの分解能を同時に活かした新基軸のデータ解析が行える。
なお、FOXSI-3 の研究成果に関連して、2件の web リリースを行った（備考にURLを記載）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度は、我々が開発した軟X線・２次元撮像分光カメラを、太陽X線観測ロケット実験 FOXSI-3 に搭載し、世界初となる太陽軟X線の２次元集光撮像分光観測を実施することを目標としていた。
FOXSI-3 の打ち上げは成功し、世界初のデータの取得にも成功した。現在、観測装置の機器較正と観測データの初期解析を行っている段階であるが、極めて質の高いデータが取得できている。
軟X線は太陽コロナ中に存在するプラズマの温度範囲と合致する100万度程度以上のプラズマから放射されるため、軟X線を観測することでコロナのほぼ全域が観測可能となり、コロナのダイナミクスの理解に極めて有効である。我々が開発した軟X線・２次元撮像分光カメラは、この様な軟X線のスペクトルを空間分解・時間分解して取得することに成功した。このデータを用いれは、スペクトルの時間発展を追うことで定常的に存在する成分を取り除くことができ、これまでの観測装置では検出できなかった極めて小さなエネルギー解放現象でも検出できると期待できる。これが検出できれば、未発見のエネルギー解放について定量的に議論することができ、太陽物理学における重要未解決問題であるコロナ加熱問題の解決にも迫ることが出来る。現在、この様な観点で、データの解析を進めている。
FOXSI-3 は観測時間が約6分間に限られるため、発生予測が困難な太陽フレアの観測は行えていないが、FOXSI-3 で取得したデータは、将来の衛星を用いた太陽フレア観測と、そこから導く磁気再結合・粒子加速の理解に向け、観測データから実際にどの様な情報が引き出せるかを実地で検証出来る点でも高い科学的価値を持つ。また、FOXSI-3 の成功により、軟X線・２次元撮像分光カメラの衛星搭載に向けたTRL（Technology Readiness Level；技術成熟度レベル）が上がった点も特筆したい。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、FOXSI-3 に搭載した観測装置の機器較正を完了させ、FOXSI-3 で得られた世界初のデータを解析し、科学成果の創出に取り組む。
また、FOXSI-3 の大成功をうけ、新たな日米共同観測ロケット実験計画が複数立ち上がりつつある。これらの計画は、太陽フレアの発生と同時にロケットを打ち上げるという計画で、太陽フレアを観測対象とする衛星計画の絶好の実証機会となる。そこで今後は、これらの計画の立ち上げを行うとともに、「高速度X線カメラの改良」や「高精度X線ミラーの基礎開発」など太陽フレア観測に必要な技術の開発も実施する。
一方、衛星計画の実現に向け、宇宙用の軟X線・２次元撮像分光カメラシステムの開発も並行して実施する。具体的には、「CMOS検出器のX線・放射線耐性評価」を行うとともに、宇宙放射線に耐性のある部品と等価の部品を用いブレッドボードを製作し、「宇宙用のカメラの実現に向けた試作」を行う。
衛星計画（計画名は PhoENiX で、Physics of Energetic and Non-thermal plasmas in the X (= magnetic reconnection) region の略）の実現に向けては、検討グループ（ワーキンググループ）を中心に、サイエンス検討、ミッション検討、装置開発を行っている。本研究は、この衛星検討活動の一部として、今後、検討・開発を加速させていく。なお、PhoENiX 計画については、https://www.phoenix-project.science/ から情報発信を行っている。
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[Presentation] PhoENiX (Physics of Energetic and Non-thermal Plasmas in the X-region)2019
Author(s)
N. Narukage, M. Oka, Y. Fukazawa, T. Sakao, S. Watanabe, K. Matsuzaki, S.-N. Ishikawa, K. Hagino, S. Takasao, M. Shimojo, H. Tanabe, T. Takashima, I. Shinohara, T. Takahashi, M. Ueno, and PhoENiX WG
Organizer
The 20th Symposium on Planetary Sciences
Int'l Joint Research
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[Presentation] Soft X-ray imaging spectroscopy of the Sun using a high-speed CMOS sensor with the FOXSI-3 sounding rocket2018
Author(s)
Ishikawa, S. N.; Narukage, N.; Takahashi, T.; Furukawa, K.; Watanabe, S.; Mitsuishi, I.; Glesener, L.; Athiray, P. S.; Musset, S.; Vievering, J. T.; Davis, L.; Courtade, S.; Buitrago-Casas, J. C.; Dalton, G.; Turin, P.; Turin, Z.; Christe, S.; Ryan, D.; Bongiorno, S.; Ramsey, B.; Krucker, S.
Organizer
2018 AGU Fall Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] FOXSI-3: Mission Overview and Observations from the Third Sounding Rocket Flight of the Focusing Optics X-Ray Solar Imager2018
Author(s)
Vievering, J. T.; Glesener, L.; Courtade, S.; Buitrago-Casas, J. C.; Athiray, P. S.; Musset, S.; Ryan, D.; Dalton, G.; Ishikawa, S. N.; Narukage, N.; Bongiorno, S.; Furukawa, K.; Davis, L.; Turin, P.; Turin, Z.; O'Brien, C.; Takahashi, T.; Watanabe, S.; Krucker, S.; Christe, S.; Ramsey, B.
Organizer
2018 AGU Fall Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] The third flight of the FOXSI rocket: Performance and results2018
Author(s)
Buitrago-Casas, J. C.; Glesener, L.; Vievering, J. T.; Musset, S.; Athiray, P. S.; Davis, L.; Ramsey, B.; Elsner, R.; Bongiorno, S.; Christe, S.; Ryan, D.; Narukage, N.; Ishikawa, S. N.; Furukawa, K.; Courtade, S.; Dalton, G.; Turin, P.; Turin, Z.; Krucker, S.
Organizer
2018 AGU Fall Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Constrained Differential Emission Measure of Microflare Heating Observed with FOXSI-2, Hinode/XRT and SDO/AIA2018
Author(s)
Athiray, P. S.; Glesener, L.; Vievering, J. T.; Ishikawa, S. N.; Inglis, A. R.; Narukage, N.; Ryan, D.; Buitrago-Casas, J. C.; Christe, S.; Musset, S.; Krucker, S.
Organizer
2018 AGU Fall Meeting
Int'l Joint Research
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