2013 Fiscal Year Annual Research Report
探査機ＶＬＢＩ観測による月惑星内部構造の研究：金属核の大きさ・状態と起源
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24244072
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
佐々木 晶 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10183823)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 晃治 国立天文台, RISE月惑星探査検討室, 准教授 (30332167)
菊池 冬彦 国立天文台, RISE月惑星探査検討室, 研究専門職員 (30465926)
川口 則幸 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 教授 (90214618)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 月内部構造 / VLBI / 重力 / 潮汐ラブ数 / SELENE-2 / 月の起源 |
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| Research Abstract |
2ビーム相対VLBIによる月周回衛星と月面着陸機にの複数電波源観測により、月の低次重力場の変化を高精度で求めて、潮汐ラブ数を高精度(誤差1%以下)で決定する。これと他の観測データを結びつけて、月内部の柔らかさ、とくに金属中心核が融けているかどうかを制約することが、本研究の目指すところである。
昨年度行った測地データの精度と内部構造パラメータ推定精度との関係を調べた研究を論文にまとめて投稿し、受理された(Yamada et al, PEPI, in press)。測地データと深発月震データとを組み合わせて内部構造パラメータをベイズ推定するプログラムを整備し、推定精度に関するシミュレーションを行った。核半径の推定精度は線形モデルの結果と同様に約10 %となることが示された。ただし、核の密度の精度の良い推定はまだ難しく、浅部の構造を制約する浅発月震や表面衝突の走時を取り込んでの評価を更に行う事にした。
受信システムについては、ビヴァルディアンテナの概念設計をもとに、実際の製作のための基板設計、同軸コネクタインターフェイス方式の検討を行った。アンテナ単体1基の試作を行った。アレイ化にむけた素子アンテナの配置検討と設計を行った。試作したアンテナを用いて反射性能（リターンロス、あるいはS11）と、放射中心方向から90度までの2.2GHz, 8.4GHzでの利得パタンの計測を行った。その結果、概念設計時に解析によって得られた性能と実測値でほぼ同様の値が得られる事を確認した。上記の結果をもとに、24式アレイの製作を行い、反射性能、利得パタンの計測を行った。アレイについても、解析結果と実測値でほぼ同様の値が得られる事を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
月内部構造研究においては、測地データと深発月震データとを組み合わせて内部構造パラメータをベイズ推定するプログラムを整備し、推定精度に関するシミュレーションを行った。おおむね、計画に沿って進めているが、Grailミッションが予想を越える精度で、月重力場の変動を求めたという結果が得られ、地上からのVLBI観測でそれを上回るデータを得るためには、観測機関の増加が求められる。そのための方策検討も開発側と検討することになった。
アンテナの開発は、設計開発段階において実用化に向けて前進している。素子数が多いPhased Arrayにした場合にコストが問題となる。それを解決する方向も開発に取り込むことになる。具体的には、ダイレクトサンプリング方式を用いて、サンプリングクロックを光ファイバで伝送することも始め、開発項目が増加している。
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| Strategy for Future Research Activity |
月内部構造については、ベイズ推定のプログラムを完成させシミュレーションを行い、内部構造パラメータの推定精度について、線形モデルの結果と比較する。Weber et al. (2011)やGarcia et al. (2011)では、Apollo月震データの再解析によってコア反射波を用いたコアサイズの推定が行われたが、月深部構造モデルの差は依然として大きく、他のデータを組み合わせた解析が必要である。内部構造推定プログラムを改良し、浅発月震や表面衝突の走時も取り込めるようにする。また、GRAILデータを用いたk2の精度向上が報告されたので、このデータを用いて実際の月内部構造推定を行い、論文としてまとめる。
ヴィバルディアンテナでは、各素子ごとに計測した電波特性を理論式を用いて合成していたものを、パワーデバイダなどを用いて実際にPhased Arrayとして構成した時の電波特性を計測する。アンテナ雑音温度の計測と合わせ、給電回路の損失が得られ、総合的なアンテナ性能の評価が可能となる。素子数が多いPhased Arrayにした場合にコストが問題となるが、ダイレクトサンプリング方式を用いた低コストPhased Arrayシステム検討を進める。またサンプリングクロックを光ファイバで10GbE光トランシーバモジュールを用いて伝送することでさらに低コスト化できる。これまで作成した評価用モジュールを用いて位相安定度の評価を行い、VLBI性能を評価する。
さらに水晶VLBIを用いた探査機VLBIの実現性についても評価する。本検討は、探査機VLBIに、高価な水素メーザーを備えるVLBI局ではなく、容易に確保できる非VLBI局を探査機VLBIの地上局として利用可能にするための研究である。そのために、短時間成分だけは周波数安定度がよく安価な水晶発振器を周波数標準として考え、位相安定度とフリンジ強度、位置決定制度への影響の評価のための基礎実験を行う。
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[Journal Article] Recent status of SELENE-2/VLBI instrument2014
Author(s)
Kikuchi, F., Matsumoto, K., Hanada,H., Tsuruta, S., Asari, K., Kono, Y., Yamada, R., Iwata, T., Sasaki, S., Takahashi, K., Uchibori, Y., Komai, T., Nakamura, T.
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Journal Title
Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan
Volume: 12
Pages: in press
Peer Reviewed
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