太陽系外地球型惑星の高層大気観測に向けた高感度紫外線検出器の開発

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H00727
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: 亀田 真吾 立教大学, 理学部, 教授 (30455464)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 系外惑星 / 紫外線 / 検出器

Outline of Annual Research Achievements

惑星を持つ恒星について、紫外線輻射の代表値であるライマンα線強度とその変動を捉え、地上望遠鏡による大気観測と合わせて海洋の存否を中心として惑星大気・気候を明らかにすることを目的とした、紫外線検出器の開発を進めた。系外惑星系の紫外線輻射量はほとんど計測されていない状況であり、2018年4月に打ち上げられたトランジット系外惑星探査衛星(TESS)により、さらに多くの系外惑星が発見されている。研究代表者が開発した、深宇宙超小型探査機PROCYONに搭載されたライマンα線カメラLAICAの試験観測によって太陽系から20pcにある低温度星のライマンα線が検出できており、本研究ではTESSの主要な観測対象となる地球近傍30pc以内の恒星深紫外線観測を実現するために、紫外線検出器の高効率化を達成するため検出器の試作を進めた。MCPの表面形状の変更（ファネル型）により実効開口率を向上させる可能性があることに着目し基礎開発を進め、ファネル型と従来品の性能の比較を行った。また、レジスティブアノードを用いた位置検出を行うPROCYON/LAICAとは異なり、より高分解能でダイナミックレンジを向上させるためにMCPとCMOSイメージセンサを組み合わせることで位置分解を行う方式について開発を進めた。宇宙望遠鏡での使用で想定される通信可能データ量の制約から、機上で画像取得と同時にデータ処理を行うためにプログラマブルFPGAを搭載したCMOSイメージセンサを組み合わせて、MCPから来る光の位置検出を行える見込みが得られた。これらの結果を基にして、ロシアの1.7m紫外線望遠鏡WSO-UVやNASAのLUVOIRなどの大型計画参入について検討を進めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2014年に製造したPROCYON/LAICAに用いられた部品の入手が困難となったために、この部分の完成、性能検査の実施は2020年度に行うこととなったが、それ以外の部分には遅れはなく順調に進んでいる。また、日本からWSO-UV計画に参加するための検討チームがJAXA内に設立されたことにより、本計画で想定している地球型惑星の観測は想定より早く実現される見込みが出てきた。NASAのLUVOIR計画検討チームとの情報交換も進み、本研究で開発するファネル型MCPが重要技術要素として記載された。

Strategy for Future Research Activity

LUVOIR計画では大型で高感度のMCP検出器が必要となる。ファネル型MCPで大型なものは2019年度の時点では製造実績がなく、2020年度以降に試作による性能検証が必要となる。また、従来の、日本では宇宙での使用実績が複数あるレジスティブアノードによる読み出し方式と本研究で開発するCMOSを用いた読み出し方式の比較を行い、特にCMOS方式のデータ処理手法を開発することが必要となる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] IKI/INASAN(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: IKI/INASAN
• [Int'l Joint Research] Universidad Complutense de Madrid(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: Universidad Complutense de Madrid
• [Int'l Joint Research] Observatoire Paris-Site de Meudon(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Observatoire Paris-Site de Meudon
• [Int'l Joint Research] DLR(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: DLR
• [Journal Article] The spatial distribution of impact craters on Ryugu (2020)
  • Author(s): Hirata Naoyuki、Morota Tomokatsu、Cho Yuichiro、Kanamaru Masanori、Watanabe Sei-ichiro、Sugita Seiji、Hirata Naru、Yamamoto Yukio、Noguchi Rina、Shimaki Yuri、Tatsumi Eri、Yoshioka Kazuo、Sawada Hirotaka、Yokota Yasuhiro、Sakatani Naoya、Hayakawa Masahiko、Matsuoka Moe、Honda Rie、Kameda Shingo他
  • Journal Title: Icarus Volume: 338 Pages: 113527～113527
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.113527
• [Journal Article] Updated inflight calibration of Hayabusa2's optical navigation camera (ONC) for scientific observations during the cruise phase (2019)
  • Author(s): Tatsumi Eri、Kouyama Toru、Suzuki Hidehiko、Yamada Manabu、Sakatani Naoya、Kameda Shingo、Yokota Yasuhiro、Honda Rie、Morota Tomokatsu、Moroi Keiichi、Tanabe Naoya、Kamiyoshihara Hiroaki、Ishida Marika、Yoshioka Kazuo、Sato Hiroyuki、Honda Chikatoshi、Hayakawa Masahiko、Kitazato Kohei、Sawada Hirotaka、Sugita Seiji
  • Journal Title: Icarus Volume: 325 Pages: 153～195
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.01.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Images from the surface of asteroid Ryugu show rocks similar to carbonaceous chondrite meteorites (2019)
  • Author(s): Jaumann R.、Schmitz N.、Ho T.-M.、Schroeder S. E.、Otto K. A.、Stephan K.、Elgner S.、Krohn K.、Preusker F.、Scholten F.、Biele J.、Ulamec S.、Krause C.、Sugita S.、Matz K.-D.、Roatsch T.、Parekh R.、Mottola S.、他、Kameda S. 他
  • Journal Title: Science Volume: 365 Pages: 817～820
  • DOI: 10.1126/science.aaw8627
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of high-efficiency reflective grating by holographic processing for UV exoplanet science (2019)
  • Author(s): Enya Keigo、Kameda Shingo、Murakami Go、Ikoma Masahiro、Narita Norio、Kodama Takanori、Sasai Hiroyuki、Makino Yoshitaka、Murata Naotaka
  • Journal Title: SPIE Proceedings Volume 11116, Astronomical Optics Volume: 11116 Pages: 111161B
  • DOI: 10.1117/12.2532484
• [Journal Article] Multivariable statistical analysis of spectrophotometry and spectra of (162173) Ryugu as observed by JAXA Hayabusa2 mission (2019)
  • Author(s): Barucci M. A.、Hasselmann P. H.、Fulchignoni M.、Honda R.、Yokota Y.、Sugita S.、Kitazato K.、Deshapriya J. D. P.、Perna D.、Tatsumi E.、Domingue D.、Morota T.、Kameda S.他
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 629 Pages: A13～A13
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201935851
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Boulder size and shape distributions on asteroid Ryugu (2019)
  • Author(s): Michikami Tatsuhiro、Honda Chikatoshi、Miyamoto Hideaki、Hirabayashi Masatoshi、Hagermann Axel、Irie Terunori、Nomura Keita、Ernst Carolyn M.、Kawamura Masaki、Sugimoto Kiichi、Tatsumi Eri、Morota Tomokatsu、Hirata Naru、Noguchi Takaaki、Cho Yuichiro、Kameda Shingo他
  • Journal Title: Icarus Volume: 331 Pages: 179～191
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.05.019
• [Journal Article] Earth as an exoplanet mission concept for a lunar orbiting cubesat (2019)
  • Author(s): Gomez de Castro Ana I.、Beitia-Antero Leire、Miravet-Fuster Carlos E.、Tarabini Lorenzo、Tomas Albert、Vallejo Juan C.、Canet Ada、Sachkov Mikhail、Kameda Shingo
  • Journal Title: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems Volume: 5 Pages: 1～1
  • DOI: 10.1117/1.jatis.5.4.044004
• [Journal Article] The descent and bouncing path of the Hayabusa2 lander MASCOT at asteroid (162173) Ryugu (2019)
  • Author(s): Scholten F.、Preusker F.、Elgner S.、他、Kameda S. 他
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 632 Pages: L3～L3
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936757
• [Journal Article] The MASCOT landing area on asteroid (162173) Ryugu: Stereo-photogrammetric analysis using images of the ONC onboard the Hayabusa2 spacecraft (2019)
  • Author(s): Preusker F.、Scholten F.、Elgner S.、Matz K.-D.、Kameda S.、Roatsch T.、Jaumann R.、Sugita S.、Honda R.、Morota T.、Tatsumi E.、Cho Y.、Yoshioka K.、Sawada H.、Yokota Y.、Sakatani N.、Hayakawa M.、Matsuoka M.、Yamada M.、Kouyama T.、Suzuki H.、Honda C.、Ogawa K.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 632 Pages: L4～L4
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936759
• [Journal Article] The Hayabusa2 lander MASCOT on the surface of asteroid (162173) Ryugu - Stereo-photogrammetric analysis of MASCam image data (2019)
  • Author(s): Scholten F.、Preusker F.、Elgner S.、Matz K.-D.、Jaumann R.、Hamm M.、Schroeder S. E.、Koncz A.、Schmitz N.、Trauthan F.、Grott M.、Biele J.、Ho T.-M.、Kameda S.、Sugita S.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 632 Pages: L5～L5
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936760
• [Presentation] UVSPEX onboard WSO-UV for Earth-like upper atmosphere observation (2019)
  • Author(s): S. Kameda, T. Kodama, Y. Kawashima, M. Kuwabara, G. Murakami, K. Enya, M. Ikoma, N. Narita, N. Terada, H. Fujiwara, A. Tavrov, O. Korablev, M. Sachkov, UVSPEX WG
  • Organizer: AOGS 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Observability of oxygen exosphere of an Earth-like exoplanet around a low temperature star (2019)
  • Author(s): Shingo Kameda, Alexander Tavrov, Go Murakami, Keigo Enya, Masahiro Ikoma, Norio Narita, Hitoshi Fujiwara, Naoki Terada, Oleg Korablev, and Mikhail Sachkov
  • Organizer: EPSC 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] UVSPEX onboard WSO-UVfor characterization of Earth-like Exoplanets by exosphere observation (2019)
  • Author(s): Shingo Kameda, A. Tavrov , T. Muraoka, G. Murakami, K. Enya, M. Ikoma, N. Narita, T. Kodama, Y. Kawashima, M. Kuwabara, N. Terada, H. Fujiwara, O. Korablev, M. Sachkov, UVSPEX WG
  • Organizer: AGU Fall meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 「はやぶさ2」が2回目の小惑星リュウグウの着地に成功!
  • URL: https://www.rikkyo.ac.jp/news/2019/07/mknpps000000yc6w.html