2021 Fiscal Year Annual Research Report
High Precision Polarimetric Observation by a Balloon-Borne Solar Telescope: Revealing Conversion Processes of Magnetic Energy in the Stellar Atmosphere
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18H05234
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
勝川 行雄 国立天文台, 太陽観測科学プロジェクト, 准教授 (00399289)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 敏文 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (60311180)
久保 雅仁 国立天文台, SOLAR-Cプロジェクト, 助教 (80425777)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 宇宙・天体プラズマ / 太陽物理学 / 光赤外線天文学 / 偏光観測 / 気球観測 / 数値モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光球とコロナの中間にある「彩層」で発生する動的現象が担う磁気エネルギー輸送と散逸のプロセスを理解するため、大気球太陽望遠鏡SUNRISEで精密な偏光分光観測で彩層の3次元磁場・速度場を世界に先駆けて取得することを目指す。SUNRISEに搭載する近赤外線偏光分光装置SCIP(SUNRISE Chromospheric Infrared spectroPolarimeter)をドイツ・スペインと共同開発し、高解像度と偏光精度を気球飛翔時の熱真空環境で実現する光学構造の開発に成功した。大型真空槽にSCIPを収容した熱真空試験を実施し熱制御性能と光学性能の実証を行い国内開発を2021年度に完了させた。2021年度後半にドイツにて1m望遠鏡やゴンドラと結合させた総合性能試験、実太陽光試験、真空試験を行い、2022年4月から射場のキルナにてフライトソフトウェアの実装と最終試験を行い、偏光復調と画像圧縮からなる機上データ処理、協調動作のためのタイムラインをドイツ・スペインと共同開発した。2022年7月にフライト観測を実施したが、米国担当部に不具合があり観測を中断し装置を回収した。回収後も装置は健全であり、2023年の再フライトを計画している。SCIP開発と並行して、観測データと直接比較するため、電磁流体数値シミュレーションで光球・彩層の動的現象をモデリングする研究を実施している。SUNRISE気球で観測する可視・近赤外線スペクトル線の偏光を非局所熱平衡輻射輸送計算で再現する研究を行い、磁気リコネクションや磁気流体波動で発生する偏光信号を再現し、それがSUNRISE気球観測で検出できることを示した。さらに非局所熱平衡輻射輸送計算を基に気球観測SUNRISEや大型望遠鏡DKISTによる広波長・高精度偏光データから太陽大気の物理量を求めるインバージョン手法の開発を行い成果を論文化した。
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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
大気球太陽望遠鏡SUNRISEに搭載する偏光分光装置SCIPの開発では、飛翔体装置用の高精度光学系とそれを保持する構造系に加え、偏光分光観測の鍵となる駆動機構など、今後の偏光観測装置や飛翔体装置に応用できる要素技術の開発に成功し、その成果を査読論文5編、集録論文8編として出版した。フライト中の温度予測のための熱数学モデル、偏光観測用カメラ、偏光用機上データ処理の開発成果も査読論文を投稿中である。COVID-19による渡航制限によりスペイン担当のカメラ及び制御エレキを国内開発部と結合した試験の開始が遅れるなどの影響を受け開発に遅延が生じたが、国内開発とドイツにおける結合試験を2021年度中に完了させることができた。飛翔観測を2022年7月に実施したが、放球時の衝撃により米国担当のゴンドラに不具合があり観測を中断し装置を回収した。回収後も装置は健全であること、ゴンドラの不具合原因も特定できていることから、2023年に計画する再フライトによって観測データ取得と成果創出を図る。電磁流体数値シミュレーションによる太陽光球・彩層のモデリング研究では、非局所熱平衡輻射輸送計算コードを使い、SUNRISE気球望遠鏡で観測する可視光・赤外線のスペクトル線とそこで発生する偏光を再現できるようになった。さらに磁気リコネクションや磁気流体波動などの素過程から放射される偏光信号を予測するなど期待どおりの成果が出ており論文を投稿中である。観測される偏光データから太陽大気の磁場・速度場などの物理量を導出するインバージョン手法でも論文出版しており、SUNRISE観測で得られるデータに即座に適用できる準備を整えた。SUNRISE気球観測に先駆けて、ひので衛星等の偏光分光データを解析することでも成果が得られており、以上の理由から順調に研究が進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
SUNRISE気球望遠鏡に搭載する近赤外線偏光分光装置SCIPの開発は完了しており、2022年7月のフライト後回収した装置の性能確認試験と望遠鏡との再アライメント調整を経て、2023年度中にフライトさせる。SUNRISEは、スウェーデンから1週間かけて大西洋上空を飛翔しながら観測しカナダに着陸する。その間、観測データは機上データレコーダに保存され、取得データを回収しその較正まで2023年度内に完了させる。偏光観測用カメラと偏光用機上データ処理の開発成果で論文を出版するとともに、SCIP全体の装置論文を投稿する。またSUNRISE気球観測の今後の発展を海外協力機関と協議する。光球・彩層のモデリング研究では、磁気エネルギーの輸送・散逸に重要な役割を担うと考えられている磁気リコネクションやAlfven波の伝播と非線形モード変換をSUNRISE観測で検証するため、数値シミュレーション結果に非局所熱平衡輻射輸送計算を適用し、SUNRISEで観測する偏光分光信号とその時間変化を予測再現する研究を行っており、SUNRISEで取得するデータとモデリング研究の予測を比較することで、太陽大気において磁気エネルギーの輸送と散逸プロセスを担う磁場速度構造とその時間変化を同定するとともに、そこから輸送量散逸量を定量化する研究を行う。これらの成果を国際会議や査読論文で発表するとともに、SUNRISEフライト観測データを解析し成果創出するためのワークショップを開催する。得られた成果に基づき、太陽・恒星大気における磁気エネルギーの発生、輸送、散逸の一連のプロセスをどこまで明らかにできたかを見極めることで、DKIST等の地上大型望遠鏡と次期太陽観測衛星SOLAR-Cで残る課題を解決する方策を明確にする。
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| Remarks |
Aini国立天文台の天文博士教室「すがおの太陽を見てみたい」(2022年8月11日)
葛飾区郷土と天文の博物館、第113回星の講演会「太陽活動の変化を調べる」(2023年2月4日)
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[Presentation] 将来の太陽観測につながるロケット実験の重要性2023
Author(s)
勝川行雄, 石川遼子, 成影典之, 石川 遼太郎, 大場崇義, 岡本丈典, 川畑佑典, 久保雅仁, 原弘久, 清水敏文, 鄭祥子
Organizer
第5回観測ロケットシンポジウム
Invited
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[Presentation] SUNRISE-3気球実験の状況と今後の展開2023
Author(s)
勝川行雄, 久保雅仁, 川畑佑典, 大場崇義, 松本琢磨, 石川遼太郎, 原弘久, 清水敏文, 浦口史寛, 都築俊宏, 納富良文, 篠田一也,田村友範, 末松芳法, J. C. del Toro Iniesta, D. Orozco Suarez, M. Balaguer Jimenez, C. Quintero Noda, S. Solanki, A. Korpi-Lagg
Organizer
太陽研連シンポジウム2022
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[Presentation] SUNRISE-3 大気球太陽観測実験:2022年のフライト結果2023
Author(s)
勝川行雄, 久保雅仁, 川畑佑典, 大場崇義, 石川遼太郎, 原弘久, 松本琢磨, 清水敏文, 浦口史寛, 都築俊宏, 納富良文, 篠田一也, 田村友範, 末松芳法, J. C. del Toro Iniesta, D. Orozco Suarez, M. Balaguer Jimenez, C. Quintero Noda, S. Solanki, A. Korpi-Lagg
Organizer
日本天文学会2023年春季年会
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[Presentation] Sunrise Chromospheric Infrared spectroPolarimeter (SCIP) for SUNRISE III: Thermal-vacuum test of the SCIP optical unit2022
Author(s)
Y. Katsukawa, H. Hara, M. Kubo, Y. Kawabata, T. Oba, J. Piqueras Carreno, I. Perez Grande, K. Shinoda, T. Tamura, F. Uraguchi, T. Tsuzuki, Y. Nodomi, T. Shimizu
Organizer
SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
Int'l Joint Research
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[Presentation] The pre-flight test and observation results of the Sunrise Chromospheric Infrared spectroPolarimeter (SCIP)2022
Author(s)
Y. Kawabata, Y. Katsukawa, M. Kubo, T. Oba, H. Hara, T. Shimizu, T. Matsumoto, R. T. Ishikawa, T. Tsuzuki, F. Uraguchi, Y. Nodomi, K. Shinoda, T. Tamura, Y. Suematsu, C. Quintero Noda, J. C. del Toro Iniesta, A. Sanchez Gomez, D. Hernandez Exposito, D. Orozco Suarez, M. Balaguer Jimenez, et al.
Organizer
Hinode-15/IRIS-12
Int'l Joint Research
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[Presentation] SUNRISE-III SCIP: capability and status2022
Author(s)
Y. Katsukawa, M. Kubo, Y. Kawabata, T. Oba, T. Matsumoto, R. T. Ishikawa, H. Hara, T. Shimizu, F. Uraguchi, T. Tsuzuki, Y. Nodomi, K. Shinoda, T. Tamura, Y. Suematsu, C. Quintero Noda, J. C. del Toro Inesta, A. Sanchez Gomez, D. Hernandez Exposito, D. Orozco Suarez, M. Balaguer Jimenez, et al.
Organizer
Plasma Explosions in the Universe (PEU 2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Polarization measurement of the OV 121.83 nm intercombination line with CLASP2022
Author(s)
Y. Katsukawa, J. Trujillo Bueno, R. Manso Sainz, R. Ishikawa, J. Stepan, R. Kano, M. Kubo, N. Narukage, T. Bando, A. Winebarger, K. Kobayashi, F. Auchere
Organizer
Solar Polarization Workshop 10 (SPW10)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Spectro-polarimetric capability of SUNRISE III SCIP2022
Author(s)
Y. Katsukawa, J. C. del Toro Inesta, S. Solanki, M. Kubo, Y. Kawabata, T. Oba, T. Matsumoto, R. T. Ishikawa, H. Hara, T. Shimizu, F. Uraguchi, T. Tsuzuki, Y. Nodomi, K. Shinoda, T. Tamura, Y. Suematsu, C. Quintero Noda, A. Sanchez Gomez, D. Hernandez Exposito, D. Orozco Suarez, M. Balaguer Jimenez, et al.
Organizer
Solar Polarization Workshop 10 (SPW10)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 国際共同大気球太陽観測実験SUNRISE-3:近赤外線偏光分光装置(SCIP)の焦点面装置組込後におけるスキャン機構の性能評価試験2022
Author(s)
大場崇義, 清水敏文, 勝川行雄, 久保雅仁, 川畑佑典, Gandorfer Achim, Feller Alex, Ibanez Mengual Jose Miguel, Sanchez Gomez Antonio, 田村友範, 篠田一也, 納富良文, 浦口史寛, 都築俊宏, 原弘久
Organizer
第22回宇宙科学シンポジウム
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[Presentation] SUNRISE-3 大気球太陽観測実験:近赤外線偏光分光装置SCIP2022
Author(s)
勝川行雄, J. C. del Toro Iniesta, S. Solanki, 久保雅仁, 原弘久, 清水敏文, 大場崇義, 川畑佑典, 浦口史寛, 都築俊宏, 篠田一也, 納富良文, 田村友範, 松本琢磨, 末松芳法, 石川遼子, 鹿野良平, C. Quintero Noda, 永田伸一, 一本潔
Organizer
第22回宇宙科学シンポジウム
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[Presentation] 国際大気球太陽観測実験SUNRISE-3-打ち上げまであと4カ月2022
Author(s)
久保雅仁, 勝川 行雄, 川畑佑典, 大場崇義, 原弘久 , 清水敏文, 都築俊宏, 浦口史寛, 松本琢磨, 納富良文, 篠田一也, 田村友範, 末松芳法, 石川遼子, 鹿野良平 , C. Quintero Noda, 永田伸一, 一本潔, J. C. del Toro Iniesta, S. K. Solanki, A. Lagg, A. Gandorfer, A. Feller, H. N. Smitha
Organizer
太陽研連シンポジウム2021
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[Presentation] SUNRISE-3大気球太陽観測実験:偏光分光装置SCIPのフライト観測を模擬し た太陽光試験2022
Author(s)
久保雅仁, 勝川行雄, 川畑佑典, 大場崇義, 原弘久, 清水敏文, 都築俊宏, 浦口史寛, 松本琢磨, 納富良文, 篠田一也, 田村友範, 末松芳法, 石川遼子, 鹿野良平, C. Quintero Noda, 永田伸一, 一本潔, J. C. del Toro Iniesta, S. K. Solanki, A. Lagg, A. Gandorfer, A. Feller, H. N. Smitha
Organizer
日本天文学会2022年春季年会
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[Presentation] SUNRISE-3大気球太陽観測実験:フライト観測速報2022
Author(s)
久保雅仁, 勝川行雄, 川畑佑典, 大場崇義, 原弘久, 石川遼太郎, 清水敏文, 松本琢磨, 都築俊宏, 浦口史寛, 納富良文, 篠田一也, 田村友範, 末松芳法, 石川遼子,鹿野良平, C. Quintero Noda, 永田伸一, 一本潔, J. C. del Toro Iniesta, S. K. Solanki, A. Lagg, A. Gandorfer, A. Feller
Organizer
日本天文学会2022年秋季年会
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[Presentation] 国際大気球太陽観測実験 SUNRISE-32022
Author(s)
勝川行雄, 久保雅仁, 川畑佑典, 大場崇義, 松本琢磨, 石川遼太郎, 原弘久, 清水敏文, 浦口史寛, 都築俊宏, 納富良文, 篠田一也, 田村友範, 末松芳法, Quintero Noda Carlos, del Toro Iniesta Jose Carlos, Orozco Suarez David, Maria Balaguer Jimenez, Solanki Sami, Andreas Korpi-Lagg
Organizer
2022年度大気球シンポジウム
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[Presentation] SUNRISE-3大気球太陽観測実験:偏光分光装置SCIP光学ユニット熱真空試験2021
Author(s)
勝川行雄, 原弘久, 川畑佑典, 久保雅仁, 大場崇義, 篠田一也, 田村友範, 浦口史寛, 都築俊宏, 納富良文, Javier Piqueras Carreno
Organizer
日本天文学会2021年秋季年会
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[Presentation] Near-Infrared Spectro-Polarimeter SCIP for the SUNRISE-III Balloon-Borne Solar Observatory2021
Author(s)
Y. Katsukawa, H. Hara, T. Shimizu, M. Kubo, Y. Kawabata, T. Oba, F. Uraguchi, T. Tsuzuki, K. Shinoda, T. Tamura, Y. Nodomi, T. Matsumoto, C. Quintero Noda, J. Piqueras Carreno, D. Orozco Suarez, J. C. del Toro Iniesta, A. Lagg, S. K. Solanki
Organizer
Hinode-14 / IRIS-11 Joint Science Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] 国際大気球太陽観測実験SUNRISE-32021
Author(s)
勝川行雄, Jose Carlos del Toro Iniest, Sami Solanki, 久保雅仁, 原弘久, 大場崇義, 清水敏文, 川畑佑典, 末松芳法, 浦口史寛, 都築俊宏, 納富良文, 田村友範, 篠田一也, 松本琢磨, 石川遼子, 鹿野良平, Carlos Quintero Noda, 永田伸一, 一本潔
Organizer
2021年度大気球シンポジウム
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[Presentation] SUNRISE-3気球望遠鏡近赤外偏光分光装置の開発2021
Author(s)
勝川行雄, J. C. del Toro Iniesta, S. Solanki, 久保雅仁, 原弘久, 清水敏文, 大場崇義, 川畑佑典, 末松芳法, 浦口史寛, 都築俊宏, 納富良文, 田村友範, 篠田一也, 松本琢磨, 石川遼子, 鹿野良平, C. Quintero Noda, 永田伸一, 一本潔
Organizer
第10回可視赤外線観測装置WS
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