Identification of UV absorbers and derivation of solar heating rate as driving sources of atmospheric circulation of Venus

• Project/Area Number: 21H04522
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: 田口 真 立教大学, 理学部, 教授 (70236404)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 幸弘 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50236329) ; 佐藤 光輝 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50312541) ; 中野 壽彦 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (50748986) ; 莊司 泰弘 金沢大学, 先端宇宙理工学研究センター, 准教授 (70582774) ; 今井 正尭 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (70830389)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥31,720,000 (Direct Cost: ¥24,400,000、Indirect Cost: ¥7,320,000); Fiscal Year 2024: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000); Fiscal Year 2021: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
• Keywords: 気球実験 / リモートセンシング / 金星大気 / 大気循環 / 大気化学

Outline of Research at the Start

気球搭載光学望遠鏡を用いて、金星大気の紫外・可視領域の高分散分光・撮像観測を行い、得られたスペクトル微細構造から、金星大気中に存在する吸収物質を同定する。そして、光化学モデルに雲頂での吸収物質密度を与えて、雲層内での太陽放射加熱率を決定する。本研究で得られた吸収物質密度と太陽放射加熱率を大気化学・力学モデルへフィードバックすることで、金星の大気化学・力学過程を理解する。

Outline of Annual Research Achievements

主に金沢大学において気球ゴンドラの製作及び調整を進めた。行った項目は以下である。 ・可動第３鏡と光電子増倍管による追尾補正機構の特性評価：光電子増倍管の入出力特性を評価した。・気密容器内機器固定：ほぼすべての機器の固定が完了した。・望遠鏡鏡筒バランス調整：鏡筒の主鏡セルにバランスウェイトを取り付けられるように加工した。・ゴンドラ設計・構造解析：強度が不足していた望遠鏡架台やゴンドラの柱や梁の設計を見直し、放球時の衝撃に耐えられる見込みが立った。望遠鏡架台の方位角軸は無くし、高度角軸のみの制御とした。・バッテリー更新：過放電により使用不能となったリチウムイオン電池を更新した。同時にこれまでよりもバッテリー容量を増強した。また、過放電防止措置を講じた。・姿勢制御システムシミュレーション：ゴンドラの数学モデルを作成して、ゴンドラの挙動を解析した。・ゴンドラ制御の地上試験準備。・機上ソフトウェア及び地上ソフトウェアの開発。・配線の整理、配電盤製作。・東京大学木曽天文台における地上試験観測：2023年8月にハワイ・マウイ島の東北大学天文台で地上観測を実施する計画であったが、マウイ島での大規模火災のため中止した。代わりに11月に東京大学木曽天文台で観測を行った。得られた金星反射光スペクトルから吸収物質の同定を目指して解析している。
International Symposium on Space Technology and Science (ISTS)、宇宙科学技術連合、大気球シンポジウムにて研究発表を行った。ISTSでの研究発表をまとめた論文１編を上梓した。
研究経費はゴンドラ設計の外注、バッテリー更新に使用した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

2023年4～5月にオーストラリア・アリススプリングスで実施するJAXA気球実験に参加する予定であったが、開発の遅れから参加を断念した。もし仮に参加できる状態に仕上がっていたとしても、JAXA側の予算の都合で実施できなかった可能性が高い。

Strategy for Future Research Activity

次の気球実験の機会を目指して、入念に準備することとした。JAXA気球実験の計画では次の気球実験は2026年になる見込みである。それは本研究課題の研究期間終了後となるが、本研究課題期間中に実験に参加する準備を整える。本研究課題の研究期間中に気球実験はできない可能性が高いが、地上観測でその一部を代替する。2024年9月にハワイ・マウイ島の東北大学観測所の望遠鏡に分光器とカメラを取り付け、10月以降に金星のリモート観測を実施する。また、2026年4～5月は金星の観測条件が悪いため、その対策を考える。

Research Products

• [Journal Article] Spectroscopic and Imaging Observation of the Venus Atmosphere by a Balloon-Borne Stratospheric Telescope FUJIN-2 (2023)
  • Author(s): Masataka IMAI, Makoto TAGUCHI, Yasuhiro SHOJI, Toshihiko NAKANO, Yukihiro TAKAHASHI, Mitsuteru SATO, Tatsuharu OHNO, Kyoko TANAKA, Shion MORI, Daisuke KOHNO, Ko HAMAMOTO, Seiko TAKAGI
  • Journal Title: Journal of Evolving Space Activities Volume: 1 Issue: 0 Pages: n/a
  • DOI: 10.57350/jesa.83
  • ISSN: 2758-1802
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Horizontal structures of bow-shaped mountain wave trains seen in thermal infrared images of Venusian clouds taken by Akatsuki LIR (2022)
  • Author(s): Kiichi Fukuya, Takeshi Imamura, Makoto Taguchi, Toru Kouyama
  • Journal Title: Icarus Volume: 378 Pages: 114936-114936
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2022.114936
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Correlation of Venusian Mesoscale Cloud Morphology Between Images Acquired at Various Wavelengths (2022)
  • Author(s): Narita M.、Imamura T.、Lee Y. J.、Watanabe S.、Yamazaki A.、Satoh T.、Taguchi M.、Sato T. M.、Fukuhara T.、Yamada M.、Kouyama T.、Iwagami N.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Planets Volume: 127 Issue: 6
  • DOI: 10.1029/2022je007228
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thermal tides in the upper cloud layer of Venus as deduced from the emission angle dependence of the brightness temperature by Akatsuki/LIR (2021)
  • Author(s): Masahiro Akiba, Makoto Taguchi, Tetsuya Fukuhara, Takeshi Imamura, Toru Kouyama, Takao M. Sato
  • Journal Title: J. Geophys. Res.: Planets Volume: 126 Issue: 10
  • DOI: 10.1029/2020je006808
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Unveiling of nightside cloud-top circulation of Venus atmosphere (2021)
  • Author(s): Kiichi Fukuya, Takeshi Imamura, Makoto Taguchi, Tetsuya Fukuhara, Toru Kouyama, Takeshi Horinouchi, Javier Peralta, Masahiko Futaguchi, Takeru Yamada, Takao M. Sato, Atsushi Yamazaki, Shin-ya Murakami, Takehiko Satoh, Masahiro Takagi, Masato Nakamura
  • Journal Title: Nature Volume: 595 Issue: 7868 Pages: 511-515
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03636-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Planetary-Scale Waves Seen in Thermal Infrared Images of Venusian Cloud Top (2021)
  • Author(s): Naoya Kajiwara, Takeshi Imamura, Makoto Taguchi, Toru Kouyama
  • Journal Title: J.Geophys.Res.:Planets Volume: 126 Issue: 12
  • DOI: 10.1029/2021je007047
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Development and Evaluation of the Pointing System for the Balloon-borne Telescope FUJIN-2 (2023)
  • Author(s): Yasuhiro SHOJI, Taro NISHIDE, Naoki KAWASUJI, Toshihiko NAKANO, Masataka IMAI, Ko HAMAMOTO,Tatsuharu OHNO, Seiko TAKAGI, Mitsuteru SATO, Yukihiro TAKAHASHI, Kyoko TANAKA, Daisuke KOHNO
  • Organizer: The 34th International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 成層圏テレスコープ(FUJIN-2) による金星紫外吸収物質の同定 (2023)
  • Author(s): 田口真,莊司泰弘,中野壽彦,高橋幸弘,佐藤光輝,高木聖子,今井正尭,濱本昂,大野辰遼,河野大輔,西出太郎,川筋直樹,江口倫太郎,近藤大宙
  • Organizer: 2023年度大気球シンポジウム
• [Presentation] 極周回成層圏テレスコープFUJINによる惑星長期連続観測 (2023)
  • Author(s): 田口 真, 莊司 泰弘, 高橋 幸弘, 佐藤 光輝, 中野 壽彦, 今井 正尭, 高木 聖子,濱本 昂, 大野 辰遼, 河野 大輔, 川筋 直樹, 西出太郎
  • Organizer: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] Image analysis of the polar vortices of Venus observed by Akatsuki/LIR (2023)
  • Author(s): 須川天万, 田口 真
  • Organizer: 第154回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
• [Presentation] Spectroscopic and Imaging Observation of the Venus Atmosphere by a BalloonBorne Stratospheric Telescope FUJIN-2 (2022)
  • Author(s): Masataka IMAI, Makoto TAGUCHI, Yasuhiro SHOJI, Toshihiko NAKANO, Yukihiro TAKAHASHI, Mitsuteru SATO, Tatsuharu OHNO, Kyoko TANAKA, Shion MORI, Ko HAMAMOTO, Seiko TAKAGI
  • Organizer: The 33th International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spectroscopic and imaging observation of Venus for identification of an unknown absorber by a balloon-borne telescope FUJIN-2 (2022)
  • Author(s): Makoto Taguchi, Yasuhiro Shoji, Toshihiko Nakano, Masataka Imai, Mitsuteru Sato, Yukihiro Takahashi, Seiko Takagi, Ko Hamamoto, Tatsuharu Ohno, Kyoko Tanaka, Taro Nishide, Naoki Kawasuji, Daisuke Kohno
  • Organizer: 第152回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
• [Presentation] 成層圏テレスコープ(FUJIN-2)による金星紫外吸収物質の同定 (2022)
  • Author(s): 田口真,莊司泰弘,中野壽彦,高橋幸弘,佐藤光輝,高木聖子,今井正尭,濱本昂,大野辰遼,田中響子,河野大輔,西出太郎,川筋直樹
  • Organizer: 2022年度大気球シンポジウム
• [Presentation] Spectroscopic and Imaging Observation of the Venus Atmosphere by a BalloonBorne Stratospheric Telescope FUJIN-2 (2022)
  • Author(s): Masataka IMAI , Makoto TAGUCHI, Yasuhiro SHOJI, Toshihiko NAKANO, Yukihiro TAKAHASHI, Mitsuteru SATO, Tatsuharu OHNO, Kyoko TANAKA, Shion MORI, Ko HAMAMOTO, Seiko TAKAGI
  • Organizer: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 成層圏テレスコープFUJIN-2による金星紫外吸収物質の同定 (2021)
  • Author(s): 田口 真、田中響子、森 詩音、 中野壽彦、莊司泰弘、 高橋幸弘、佐藤光輝、濱本 昂、大野辰遼、 今井正尭
  • Organizer: 大気球シンポジウム