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

2020 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、紫外線宇宙望遠鏡による高層大気観測と地上望遠鏡による大気観測を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、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現時点でも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。今年度の活動により、ロシアの1.7m紫外線宇宙望遠鏡WSO-UVに日本から、本研究によって開発を進めた検出器を用いた高感度分光器UVSPEXを搭載するための検討が進んでおり、JAXA内ではプリプロジェクトが立ち上げられた。UVSPEXの設計に際しては、本研究で実施した検出器の性能、特に感度特性の試験結果が反映され、また、CMOSイメージセンサを用い、FPGAによるリアルタイム処理を行う手法も取り込まれることになった。さらに、将来計画であるLUVOIR計画への参加に向けて、200mm四方の有効面を持つ検出器の検討を進めた。大型MCPの試作を行った結果、70mm四方のファネル型MCPの製造が可能であることを確認した。今年度はさらにそのMCPを3行3列の9枚を並べることで、200mm四方の面積を達成できることを実証するための段階として、小型のMCPを3行3列に並べたアッセンブリを試作し、現時点では大きな問題は確認されていない。そのため、大型検出器の製造に向けた準備を着実に進めることができている。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

主星の紫外線輻射や地球型惑星の高層大気観測が可能となる大口径を持つロシアの宇宙望遠鏡WSO-UVについて、日本から高感度分光器を提供する計画の検討が進み、JAXA内のプリプロジェクトとして承認されて、基本設計を進めることとなった。当初の計画では、近々には日本独自に超小型衛星などを利用して恒星の紫外線輻射を観測を行うことを目的としていたが、2020年代中頃には地球型惑星の高層大気の観測を実現できる見込みとなり、当初の想定より早く計画が進められている状況となる。また、LUVOIR計画への参加に向けた大型検出器の開発も順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

引き続き紫外線観測装置の性能試験に向けた測定装置の開発と、画像読み出し手法の開発を進める。また、WSO-UVによる観測計画の立案を進め、高層大気モデルの開発も並行して進め、観測実現性について検討を深める。またLUVOIR計画への参加に向け、タイル上に並べたMCP検出器の性能試験を完了する。

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] Observatoire Paris-Site de Meudon/Cote d'Azur Observatory(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Observatoire Paris-Site de Meudon/Cote d'Azur Observatory
• [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] Crater depth-to-diameter ratios on asteroid 162173 Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Noguchi Rina、Hirata Naoyuki、Hirata Naru、Shimaki Yuri、Nishikawa Naoki、Tanaka Sayuri、Sugiyama Takaaki、Morota Tomokatsu、Sugita Seiji、Cho Yuichiro、Honda Rie、Kameda Shingo他
  • 雑誌名: Icarus 巻: 354 ページ: 114016～114016
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.114016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitazato K.、Milliken R. E.、Iwata T.、Abe M.、Ohtake M.、Matsuura S.、Takagi Y.、Nakamura T.、Hiroi T.、Matsuoka M.、Riu L.、Nakauchi Y.、Tsumura K.、Arai T.、Senshu H.、Hirata N.、Barucci M. A.、Brunetto R.、Pilorget C.、Poulet F.、他 S. Kameda他
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 5 ページ: 246～250
  • DOI: 10.1038/s41550-020-01271-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spectral characterization of the craters of Ryugu as observed by the NIRS3 instrument on-board Hayabusa2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Riu Lucie、Pilorget Cedric、Milliken Ralph、Kitazato Kohei、Nakamura Tomoki、Cho Yuichiro、Matsuoka Moe、Sugita Seiji、Abe Masanao、Matsuura Shuji、Ohtake Makiko、Kameda Shingo、Sakatani Naoya、Tatsumi Eri、Yokota Yasuhiro、Iwata Takahiro
  • 雑誌名: Icarus 巻: 357 ページ: 114253～114253
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.114253
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Soft X‐ray and ENA Imaging of the Earth's Dayside Magnetosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: Connor H. K.、Sibeck D. G.、Collier M. R.、Baliukin I. I.、Branduardi‐Raymont G.、Brandt P. C.、Buzulukova N. Y.、Collado‐Vega Y. M.、Escoubet C. P.、Fok M.‐C.、Hsieh S.‐Y.、Jung J.、Kameda S.、Kuntz K. D.、Porter F. S.、Sembay S.、Sun T.、Walsh B. M.、Zoennchen J. H.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 ページ: e28816
  • DOI: 10.1029/2020JA028816
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An artificial impact on the asteroid (162173) Ryugu formed a crater in the gravity-dominated regime (2020)
  • 著者名/発表者名: Arakawa M.、Saiki T.、Wada K.、Ogawa K.、Kadono T.、Shirai K.、Sawada H.、Ishibashi K.、Honda R.、Sakatani N.、Iijima Y.、Okamoto C.、Yano H.、Takagi Y.、Hayakawa M.、Michel P.、Jutzi M.、Shimaki Y.、Kimura S.、Mimasu Y.、Toda T.、Imamura H.、Nakazawa S.、Hayakawa H.、Sugita S.、Morota T.、Kameda S.他
  • 雑誌名: Science 巻: 368 ページ: 67～71
  • DOI: 10.1126/science.aaz1701
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Morota T.、Sugita S.、Cho Y.、Kanamaru M.、Tatsumi E.、Sakatani N.、Honda R.、Hirata N.、Kikuchi H.、Yamada M.、Yokota Y.、Kameda S.他
  • 雑誌名: Science 巻: 368 ページ: 654～659
  • DOI: 10.1126/science.aaz6306
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Global photometric properties of (162173) Ryugu (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi E.、Domingue D.、Schroeder S.、Yokota Y.、Kuroda D.、Ishiguro M.、Hasegawa S.、Hiroi T.、Honda R.、Hemmi R.、Le Corre L.、Sakatani N.、Morota T.、Yamada M.、Kameda S.他
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 639 ページ: A83～A83
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201937096
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Collisional history of Ryugu’s parent body from bright surface boulders (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi E.、Sugimoto C.、Riu L.、Sugita S.、Nakamura T.、Hiroi T.、Morota T.、Popescu M.、Michikami T.、Kitazato K.、Matsuoka M.、Kameda S.他
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 5 ページ: 39～45
  • DOI: 10.1038/s41550-020-1179-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hayabusa2 Landing Site Selection: Surface Topography of Ryugu and Touchdown Safety (2020)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Shota、Watanabe Sei-ichiro、Saiki Takanao、Yabuta Hikaru、Sugita Seiji、Morota Tomokatsu、Hirata Naru、Hirata Naoyuki、Michikami Tatsuhiro、Honda Chikatoshi、Yokota Yashuhiro、Honda Rie、Sakatani Naoya、Okada Tatsuaki、Shimaki Yuri他 Kameda Shingo 他
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 ページ: 116
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00737-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface roughness of asteroid (162173) Ryugu and comet 67P/Churyumov-Gerasimenko inferred from in situ observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Otto K A、Matz K-D、Schroeder S E、Parekh R、Krohn K、Honda R、Kameda S他
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 500 ページ: 3178～3193
  • DOI: 10.1093/mnras/staa3314
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Macroporosity and Grain Density of Rubble Pile Asteroid (162173) Ryugu (2020)
  • 著者名/発表者名: Grott Matthias、Biele Jens、Michel Patrick、Sugita Seiji、Schroeder Stefan、Sakatani Naoya、Neumann Wladimir、Kameda Shingo、Michikami Tatsuhiro、Honda Chikatoshi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 125 ページ: e06519
  • DOI: 10.1029/2020JE006519
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] UVSPEX/WSO-UV for Earth-like exoplanetary oxygen exospheres (2020)
  • 著者名/発表者名: Kameda Shingo、Murakami Go、Tavrov Alexander、Enya Keigo、Sachkov Mikhail、Ikoma Masahiro、Narita Norio、Korablev Oleg
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11444 ページ: 114440L
  • DOI: 10.1117/12.2576260
  • 国際共著
• [学会発表] UVSPEX onboard WSO-UV for the upper atmosphere and surface environment of Earth-like exoplanets (2021)
  • 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, A. Shugarov
  • 学会等名: 43rd COSPAR Scientic Assembly,
  • 国際学会
• [学会発表] Scientific Instruments on Martian Moons eXploration (MMX) (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Kameda
  • 学会等名: JPGU 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 宇宙まるごとQ&A (2021)
  • 著者名/発表者名: 北本 俊二、原田 知広、亀田 真吾
  • 総ページ数: 196
  • 出版者: 理工図書
  • ISBN: 978-4844609049
• [備考] 小惑星探査機「はやぶさ2」観測成果論文のNature Astronomy誌掲載
  • URL: https://www.rikkyo.ac.jp/news/2020/09/mknpps000001bpwt.html
• [備考] 小惑星探査機「はやぶさ２」観測成果論文のScience誌掲載
  • URL: https://www.rikkyo.ac.jp/news/2020/05/mknpps0000017ejf.html
• [産業財産権] インターライン型ＣＣＤイメージセンサ及びこれを用いて移動体を撮像する方法 (2020)
  • 発明者名: 亀田真吾
  • 権利者名: 学校法人立教学院
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-181074