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 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00727
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 亀田 真吾 立教大学, 理学部, 教授 (30455464)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 系外惑星 / 紫外線 / 検出器

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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。

今後の研究の推進方策

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。

研究成果

• [国際共同研究] IKI/INASAN(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: IKI/INASAN
• [国際共同研究] Universidad Complutense de Madrid(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Universidad Complutense de Madrid
• [国際共同研究] Observatoire Paris-Site de Meudon(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Observatoire Paris-Site de Meudon
• [国際共同研究] DLR(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: DLR
• [雑誌論文] The spatial distribution of impact craters on Ryugu (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Icarus 巻: 338 ページ: 113527～113527
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.113527
• [雑誌論文] Updated inflight calibration of Hayabusa2's optical navigation camera (ONC) for scientific observations during the cruise phase (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Icarus 巻: 325 ページ: 153～195
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.01.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Images from the surface of asteroid Ryugu show rocks similar to carbonaceous chondrite meteorites (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Science 巻: 365 ページ: 817～820
  • DOI: 10.1126/science.aaw8627
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of high-efficiency reflective grating by holographic processing for UV exoplanet science (2019)
  • 著者名/発表者名: Enya Keigo、Kameda Shingo、Murakami Go、Ikoma Masahiro、Narita Norio、Kodama Takanori、Sasai Hiroyuki、Makino Yoshitaka、Murata Naotaka
  • 雑誌名: SPIE Proceedings Volume 11116, Astronomical Optics 巻: 11116 ページ: 111161B
  • DOI: 10.1117/12.2532484
• [雑誌論文] Multivariable statistical analysis of spectrophotometry and spectra of (162173) Ryugu as observed by JAXA Hayabusa2 mission (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 629 ページ: A13～A13
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201935851
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Boulder size and shape distributions on asteroid Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Icarus 巻: 331 ページ: 179～191
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2019.05.019
• [雑誌論文] Earth as an exoplanet mission concept for a lunar orbiting cubesat (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 5 ページ: 1～1
  • DOI: 10.1117/1.jatis.5.4.044004
• [雑誌論文] The descent and bouncing path of the Hayabusa2 lander MASCOT at asteroid (162173) Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Scholten F.、Preusker F.、Elgner S.、他、Kameda S. 他
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 632 ページ: L3～L3
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936757
• [雑誌論文] The MASCOT landing area on asteroid (162173) Ryugu: Stereo-photogrammetric analysis using images of the ONC onboard the Hayabusa2 spacecraft (2019)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 632 ページ: L4～L4
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936759
• [雑誌論文] The Hayabusa2 lander MASCOT on the surface of asteroid (162173) Ryugu - Stereo-photogrammetric analysis of MASCam image data (2019)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 632 ページ: L5～L5
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201936760
• [学会発表] UVSPEX onboard WSO-UV for Earth-like upper atmosphere observation (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: AOGS 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observability of oxygen exosphere of an Earth-like exoplanet around a low temperature star (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Kameda, Alexander Tavrov, Go Murakami, Keigo Enya, Masahiro Ikoma, Norio Narita, Hitoshi Fujiwara, Naoki Terada, Oleg Korablev, and Mikhail Sachkov
  • 学会等名: EPSC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] UVSPEX onboard WSO-UVfor characterization of Earth-like Exoplanets by exosphere observation (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: AGU Fall meeting 2019
  • 国際学会
• [備考] 「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