熱赤外カメラによる月面閃光の地上観測

• 研究課題/領域番号: 19H01957
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分17010:宇宙惑星科学関連
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 福原 哲哉 立教大学, 理学部, 助教 (70435808)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 採択後辞退 (2021年度)
• 配分額: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: 月 / 衝突 / 熱赤外 / 閃光

研究開始時の研究の概要

月面への隕石衝突によって生じる閃光の検知を、熱赤外カメラ（波長10ミクロン）を用いた地上観測によって世界で初めて成功させる。実験室内の真空槽でも衝突実験を行って観測と比較し、隕石衝突過程の詳細を明らかにする。従来の可視波長域観測では不得手な月面日照側や薄明時の観測にも挑戦し、将来の月探査機における熱赤外カメラの搭載とそれによる月惑星科学の進展に貢献することを目指す。

研究実績の概要

月面への流星体衝突によって生じる閃光の検知を、熱赤外カメラ(波長10ミクロン)を用いた地上観測によって世界で初めて成功させるため、前年度に製作した非冷却ボロメータモジュールを東北大学が所有するハワイのハレアカラ天文台に設置されたT60望遠鏡のカセグレン焦点に取り付けるための治具の設計を行なった。同時に、遠隔操作で観測を行うためのソフトウエアの整備を行なった。非冷却ボロメータモジュールは、フレームレート60HzのVGAタイプの検出器であるため、16bitのデジタルデータを連続画像として出力するには多量のデータを取り込む必要がある。この要件を満たすため、データをギガビットイーサネットケーブルを介して転送する環境を整えることで、数十ミリ秒の閃光を画像劣化なく検出するために開発したソフトウエアが連続画像を無圧縮で外部の高速記録媒体に保管できることを実証した。
地上観測に先立ち、JAXA宇宙科学研究所の真空槽を利用した衝突閃光実験を継続した。この実験は直径6mmのポリカーボネート球を月面を模擬した砂に真空環境下で衝突させ、その様子を熱赤外カメラを用いて撮像するものであるが、前年度とは真空度や対象となる砂の種類を変えて実験した。これらの結果を用い、撮像時より数ミリ秒前の衝突直後における地表面の温度を、連続画像の全ピクセルを用いて二次元的に算出することに成功した。さらに、衝突によって運動エネルギーから地表面の熱エネルギーへ受け渡される割合を概算した。これにより、月面観測から流星体の衝突エネルギーの地表面への熱的な寄与を定量的に議論できることが示された。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Overview of the research work of Dr. Fukuhara in thermal infrared cameras across Hyabusa2, Akatsuki, Wildfire Monitoring and Lunar Flares (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukuhara Tetsuya
  • 雑誌名: Impact 巻: 2020 号: 5 ページ: 33-35
  • DOI: 10.21820/23987073.2020.5.33
• [雑誌論文] Thermophysical properties of the surface of asteroid 162173 Ryugu: Infrared observations and thermal inertia mapping (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimaki Yuri, Senshu Hiroki, Sakatani Naoya, et al.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 348 ページ: 113835-113835
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.113835
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Highly porous nature of a primitive asteroid revealed by thermal imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: T.Okada, T.Fukuhara, S.Tanaka, M.Taguchi, T.Arai, H.Senshu, N.Sakatani, Y.Shimaki, H.Demura, Y.Ogawa, K.Suko, T.Sekiguchi, T.Kouyama, J.Takita, T.Matsunaga, T.Imamura, T.Wada, S.Hasegawa, J.Helbert, T.G.Muller, A.Hagermann, J.Biele, M.Grott, M.Hamm, M.Delbo, N.Hirata, N.Hirata, Y.Yamamoto, A.Miura, et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 579 号: 7800 ページ: 518-522
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2102-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Commercial Uncooled Microbolometer Camera Applied to 50-kg Class Satellite (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukuhara Tetsuya, Sakamoto Yuji, Kuwahara Toshinori, Sugimura Nobuo, Yoshida Kazuya, Takahashi Yukihiro
  • 雑誌名: IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters 巻: 17 号: 2 ページ: 332-336
  • DOI: 10.1109/lgrs.2019.2918197
  • 査読あり
• [学会発表] 衝突閃光のターゲット物性と発光メカニズムの関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 布施綾太, 阿部新助, 柳澤正久, 福原哲哉, 坂谷尚哉, 長谷川直
  • 学会等名: 日本惑星科学会2020年秋季講演会
• [学会発表] 熱赤外カメラを用いた多孔質標的の衝突加熱に関する実験的研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 嶌生有理, 長谷川直, 福原哲哉
  • 学会等名: 日本惑星科学会2020年秋季講演会
• [学会発表] 衝突閃光現象の真空度と発光効率の関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 布施綾太, 阿部新助, 柳澤正久, 福原哲哉, 長谷川直
  • 学会等名: 宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
• [学会発表] The uncooled microbolometer camera for flight (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukuhara Tetsuya
  • 学会等名: International Symposium on Dust & Parent Bodies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation of Impact flash at the wavelength of 10 um using Thermal infrared camera (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuhara Tetsuya, Abe Shinsuke, Yanagisawa Masahisa, Fuse Ryota
  • 学会等名: Meteoroids
  • 国際学会
• [学会発表] Potential thermal infrared camera for Hera mission (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuhara Tetsuya, Okada Tatsuaki, Tanaka Satoshi
  • 学会等名: European Planetary Science Congress (EPSC)-Division for Planetary Sciences (DPS) Joint Meeting
  • 国際学会