日米共同太陽フレアX線観測ロケット実験で築く磁気再結合・粒子加速研究の新基盤

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21KK0052
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 成影 典之 国立天文台, 太陽観測科学プロジェクト, 助教 (50435806)
• 研究分担者: 三石 郁之 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (90725863) ; 萩野 浩一 関東学院大学, 総合研究推進機構, 助教 (70762061)
• 研究期間 (年度): 2021-10-07 – 2025-03-31
• キーワード: 日米共同・太陽X線観測ロケット実験FOXSI-4 / 磁気再結合 / プラズマ加熱 / 粒子加速 / 太陽フレア / X線集光撮像分光観測 / X線用・高速度カメラ / 電気鋳造X線ミラー

研究実績の概要

本研究の目的は、世界初となる「太陽フレアに対するX線集光撮像分光観測」（観測ロケット実験 FOXSI-4）を日米共同で実施することで、磁気再結合が引き起こす磁気エネルギーの解放とそれによって生じるエネルギー変換機構(特に、粒子加速)を追究するための新しい基盤を構築することである。
2022年度は、観測ロケット実験 FOXSI-4 の実施に向け、「軟X線用・高速度CMOSカメラ」、「硬X線用・高速度CdTeカメラ」、「電気鋳造X線ミラー」といった日本が担当するフライト品の製作を行った。これらは、FOXSI の実現に不可欠なキーデバイスである。これらの製作においては、「観測装置主構造」、「データ収集システム」、「観測ロケットシステム」を担当する米国との綿密なインターフェイス調整や、データ取得方法（観測モード）の協議が必要であり、日米双方のメンバーがそれぞれ渡米・訪日して試験や打ち合わせを実施した。加えて「日米メンバーが参加する定例会合」、「management に特化した定例会合」、「hardware開発に特化した定例会合」を、それぞれ隔週にてリモート開催し、綿密なインターフェイス調整を行うとともに、円滑なコミュニケーションを確保した。これらを経て、フライト品の製作は予定通り進めることが出来た。
また、サイエンスについても「日米メンバーが参加する定例会合」の場を用いて、観測ロケット実験 FOXSI-3（2018年打ち上げ）のデータ解析の状況や、 FOXSI-4 で目指すサイエンスについて、お互いに進捗状況を確認するとともに、議論を行った。加えて、2023年3月には、国内でFOXSI-3のデータ解析に関する研究会（対面）も開催した。
FOXSI-4 の計画推進、装置開発および科学成果については、学会や論文にて発表を行った。

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

2022年度は、観測ロケット実験 FOXSI-4 の実施に向け、日本が担当するキーデバイスのフライト品製作を計画通り実施した。これらの製作においては、米国との綿密なインターフェイス調整や、データ取得方法（観測モード）の協議が必要であり、日米双方のメンバーがそれぞれ渡米・訪日して試験や打ち合わせを実施した。加えて「日米メンバーが参加する定例会合」、「management に特化した定例会合」、「hardware開発に特化した定例会合」を、それぞれ隔週にてリモート開催し、綿密なインターフェイス調整を行うとともに、円滑なコミュニケーションを確保した。これらを経て、フライト品の製作は予定通り進めることが出来た。
また、サイエンスについても「日米メンバーが参加する定例会合」の場を用いて、観測ロケット実験 FOXSI-3（2018年打ち上げ）のデータ解析の状況や、 FOXSI-4 で目指すサイエンスについて、お互いに進捗状況を確認するとともに、議論を行った。加えて、2023年3月には、国内でFOXSI-3のデータ解析に関する研究会（対面）も開催した。
なお、2022年度から新規に大学院生が4名加わり、FOXSI計画に携わる大学院生は合計8名となった。本研究は、大学院生の教育・育成にも役立っている。
以上を踏まえ、計画は、おおむね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

観測ロケット実験 FOXSI-4 の打ち上げは、2024年春の予定である。これに向け下記の推進方策をとる。
2023年度は、打ち上げに向けて米国での作業が本格化する。日本チームも現地での観測装置組立作業および評価試験に参加する。
2023年度末から2024年度初めに予定されている FOXSI-4 の打ち上げキャンペーンは射場（米国・アラスカ州）で参加し、打ち上げ準備→打ち上げ→太陽フレア観測→装置回収→データ確認までを行う。
打ち上げ後（2024年度）は、取得した観測データを中心に、数値計算も交えて、科学成果の創出にあたる。また、取得したデータの公開の準備も行い、X線集光撮像分光観測という新しい種類の太陽フレア観測データを研究者コミュニティーに普及させ、衛星計画といった、より大きな計画推進のための基盤を構築する。
観測ロケット実験は、若手研究者や大学院生が直接宇宙ミッションに携わることができる大変貴重な機会であり、この点を活かし人材育成にも努める。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の影響により、計画していた米国への渡航が一部行えなかった。これにより次年度使用額が生じた。
2023年度は、渡米しての作業が主となるため、次年度使用額は2023年度分として請求した助成金と合わせて、旅費や観測装置の輸送費に用いる。

研究成果

• [国際共同研究] ミネソタ大学/カリフォルニア大学バークレー校/NASAマーシャル宇宙飛行センター(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ミネソタ大学/カリフォルニア大学バークレー校/NASAマーシャル宇宙飛行センター
  • 他の機関数: 1
• [雑誌論文] Study of Time Evolution of Thermal and Nonthermal Emission from an M-class Solar Flare (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa Shunsaku、Kawate Tomoko、Narukage Noriyuki、Takahashi Tadayuki、Caspi Amir、Woods Thomas N.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 933 ページ: 173～173
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac7532
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The faintest solar coronal hard X-rays observed with FOXSI (2022)
  • 著者名/発表者名: Buitrago-Casas J. C.、Glesener L.、Christe S.、Krucker S.、Vievering J.、Athiray P. S.、Musset S.、Davis L.、Courtade S.、Dalton G.、Turin P.、Turin Z.、Ramsey B.、Bongiorno S.、Ryan D.、Takahashi T.、Furukawa K.、Watanabe S.、Narukage N.、Ishikawa S.、Mitsuishi I.、Hagino K.、Shourt V.、Duncan J.、Zhang Y.、Bale S. D.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 665 ページ: A103～A103
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202243272
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 磁気リコネクションに伴う加速・加熱の理解を目指す衛星計画：PhoENiX (2023)
  • 著者名/発表者名: 成影 典之、岡 光夫、深沢 泰司、松崎 恵一、渡辺 伸、坂尾 太郎、萩野 浩一、三石 郁之、水野 恒史、篠原 育、下条 圭美、高棹 真介、銭谷 誠司、川手 朋子、田辺 博士、上野 宗孝、高橋 忠幸、高島 健、太田 方之、他PhoENiX WGメンバー
  • 学会等名: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] PhoENiX計画のサイエンス面での改善点 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡 光夫、成影典之、PhoENiX科学検討チーム
  • 学会等名: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 太陽フレアX線集光撮像分光観測ロケット実験FOXSI-4 (2023)
  • 著者名/発表者名: 成影 典之、三石 郁之、渡辺 伸、坂尾 太郎、高橋 忠幸、佐藤 慶暉、清水 里香、加島 颯太、長澤 俊作、安福 千貴、作田 皓基、藤井 隆登、Lindsay Glesener、FOXSI-4 チーム
  • 学会等名: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 太陽フレアX線観測ロケット実験FOXSI-4に搭載する軟X線CMOSカメラ開発の進捗 (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水 里香、成影 典之、坂尾 太郎、佐藤 慶暉、加島颯太、FOXSI-4チーム
  • 学会等名: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 太陽フレアX線観測ロケット実験FOXSI-4に搭載するPixelatedAttenuatorの評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 加島 颯太、成影 典之、坂尾 太郎、佐藤 慶暉、清水 里香、Athanasios Pantazides、Lindsay Glesener、Eliad Peretz、Kelsey Gilchrist、FOXSI-4チーム
  • 学会等名: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 太陽観測ロケットFOXSI-4搭載高角度分解能X線望遠鏡の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤井 隆登、作田 皓基、安福 千貴、伊藤 駿、岡田 久美子、吉平 圭徳、叶 哲生、石田 直樹、田村 啓輔、鈴木 亮汰、宮田 喜久子、成影 典之、山口 豪太、伊藤 旺成、伊藤 駿佑、毛利 柊太郎、竹尾 陽子、久米 健大、松澤 雄介、今村 洋一、齋藤 貴宏、平栗 健太郎、橋爪 寛和、三村 秀和、三石 郁之
  • 学会等名: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 太陽フレアX線観測ロケット実験FOXSI-4に搭載するプレ・コリメータ開発の進捗 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 慶暉、成影 典之、坂尾 太郎、清水 里香、加島 颯太、Lindsay Glesener、Juan Camilo Buitrago-Casas、犬塚 隼人、吉村 太志、FOXSI チーム
  • 学会等名: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 太陽フレアX線観測ロケット実験FOXSI-4に搭載するPixelated Attenuatorの評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 加島 颯太、成影 典之、坂尾 太郎、佐藤 慶暉、清水 里香、Athanasios Pantazides、Lindsay Glesener、Eliad Peretz、Kelsey Gilchrist、FOXSI-4チーム
  • 学会等名: 太陽研連シンポジウム2022
• [学会発表] GCAテスト粒子計算を用いた、太陽フレアにおける電子加速機構の研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 慶暉、金子 岳史、成影 典之
  • 学会等名: 太陽研連シンポジウム2022
• [学会発表] 太陽フレアX線観測ロケット実験FOXSI-4に搭載するプレ・コリメータ開発の進捗 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 慶暉、成影 典之、坂尾 太郎、清水 里香、加島 颯太、Lindsay Glesener、Juan Camilo Buitrago-Casas、犬塚 隼人、吉村 太志、FOXSI チーム
  • 学会等名: 太陽研連シンポジウム2022
• [学会発表] 太陽フレア観測ロケット実験FOXSI-4に搭載する軟X線用CMOSセンサの光子計測能力評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水 里香、成影 典之、坂尾 太郎、佐藤 慶暉、加島颯太、FOXSI-4チーム
  • 学会等名: 太陽研連シンポジウム2022
• [学会発表] X線集光撮像分光観測で挑む太陽高エネルギープラズマ現象の理解 (2023)
  • 著者名/発表者名: 成影 典之、PhoENiX WG、FOXSI team
  • 学会等名: 太陽研連シンポジウム2022
• [学会発表] 太陽フレアX線集光撮像分光観測ロケット実験 FOXSI-4 (2023)
  • 著者名/発表者名: 成影 典之、三石 郁之、渡辺 伸、坂尾 太郎、高橋 忠幸、長澤 俊作、佐藤 慶暉、清水 里香、加島 颯太、作田 皓基、安福 千貴、藤井 隆登、Glesener Lindsay、FOXSI-4 チーム
  • 学会等名: 第5回 観測ロケットシンポジウム
• [学会発表] 磁気リコネクションに伴う粒子加速の理解を目指す衛星計画PhoENiXの進捗報告(2023年春) (2023)
  • 著者名/発表者名: 成影 典之、岡 光夫、松崎 恵一、渡辺 伸、坂尾 太郎、萩野 浩一、三石 郁之、深沢 泰司、水野 恒史、篠原 育、川手 朋子、下条 圭美、高棹 真介、金子 岳史、田辺 博士、上野 宗孝、高橋 忠幸、高島 健、太田 方之、PhoENiX WG
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] 日米共同・太陽フレアX線集光撮像分光観測ロケット実験FOXSI-4に搭載するプレ・コリメータの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 慶暉、成影 典之、坂尾 太郎、清水 里香、加島 颯太、Lindsay Glesener、Juan Camilo Buitrago-Casas、犬塚 隼人、吉村 太志、FOXSI チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] 日米共同・太陽フレアX線集光撮像分光観測ロケット実験 FOXSI-4 搭載電鋳 X 線望遠鏡の開発の現状と光線追跡シミュレーションによる性能評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 作田 皓基、安福 千貴、藤井 隆登、岡田 久美子、吉平 圭徳、叶 哲生、石田 直樹、田村 啓輔、鈴木 亮汰、宮田 喜久子、成影 典之、山口 豪太、伊藤 旺成、伊藤 駿佑、毛利 柊太郎、竹尾 陽子、久米 健大、松澤 雄介、今村 洋一、齋藤 貴宏、平栗 健太郎、橋爪 寛和、三村 秀和、三石 郁之
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] 日米共同・太陽フレアX線集光撮像分光観測ロケット実験 FOXSI-4 搭載電鋳 X 線望遠鏡の性能評価 (1) (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤井 隆登、作田 皓基、安福 千貴、柏倉 一斗、伊藤 駿、岡田 久美子、吉平 圭徳、叶 哲生、石田 直樹、田村 啓輔、鈴木 亮汰、宮田 喜久子、成影 典之、山口 豪太、伊藤 旺成、伊藤 駿佑、毛利 柊太郎、竹尾 陽子、久米 健大、松澤 雄介、今村 洋一、齋藤 貴宏、平栗 健太郎、橋爪 寛和、三村 秀和、三石 郁之
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] 日米共同・太陽フレア X 線集光撮像分光観測ロケット実験 FOXSI-4 搭載電鋳 X 線望遠鏡の性能評価 (2) (2023)
  • 著者名/発表者名: 安福 千貴、作田 皓基、藤井 隆登、岡田 久美子、吉平 圭徳、叶 哲生、石田 直樹、田村 啓輔、鈴木 亮汰、宮田 喜久子、成影 典之、山口 豪太、伊藤 旺成、伊藤 駿佑、毛利 柊太郎、竹尾 陽子、久米 健大、松澤 雄介、今村 洋一、齋藤 貴宏、平栗 健太郎、橋爪 寛和、三村 秀和、三石 郁之
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] 日米共同・太陽フレア X 線集光撮像分光観測ロケット実験 FOXSI-4 に用いる CMOS イメージセンサの X 線光子計測能力評価 その2 (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水 里香、成影 典之、坂尾 太郎、渡辺 伸、佐藤 慶暉、加島 颯太、高橋 忠幸、FOXSI チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] 太陽観測ロケット実験FOXSI-4に向けたワイドギャップCdTeストリップ検出器の開発と性能評価III (2023)
  • 著者名/発表者名: 長澤 俊作、南 喬博、高橋 忠幸、渡辺 伸、新井 翔大、岩田 季也、小高 裕和、高嶋 聡、加島 颯太、佐藤 慶暉、清水 里香、成影 典之
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] PhoENiX衛星計画に向けた高精度Wolterミラーの開発研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 加島 颯太、坂尾 太郎、松山 智至、井上 陽登、入山 陽仁、栗本 晋之介、山内 和人、香村 芳樹、三宅 明、中森 紘基、松坂 俊一郎、谷口 敏規、中野 俊男、成影 典之、佐藤 慶暉、清水 里香
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] FOXSI の概要 (2023)
  • 著者名/発表者名: 成影 典之
  • 学会等名: FOXSI太陽X線集光撮像分光観測データ解析研究会
• [学会発表] FOXSI-3 で取得した軟X線データとその解析ソフト、較正状況の紹介 (2023)
  • 著者名/発表者名: 成影 典之
  • 学会等名: FOXSI太陽X線集光撮像分光観測データ解析研究会
• [学会発表] CMOSイメージャを用いたX線偏光撮像システムの開発XII: X線偏光検出感度の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩田 季也、新井 翔大、小高 裕和、高嶋 聡、南 喬博、丹波 翼、南木 宙斗、市橋 正裕、馬場 彩、高橋 忠幸、長澤 俊作、渡辺 伸、成影 典之
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] X-ray Imaging Polarimetry using a Fine Pixel CMOS Imager (2022)
  • 著者名/発表者名: H. ODAKA, Y. AIZAWA, T. KASUGA, T. TAMBA, H. SUZUKI, K. HATAUCHI, S. TAKASHIMA, A. BAMBA, Y. ZHOU, A. HAYATO, M. TSUTSUMI, K. UCHIYAMA, T. TAKEDA, T. TAMAGAWA, N. NARUKAGE, S. NAGASAWA, K. MINE, T. TAKAHASHI, K. ASAKURA, S. SAKUMA, K. HAYASHIDA
  • 学会等名: NDIP20
  • 国際学会
• [学会発表] Inverse FIP Effects in Giant Solar Flares Found from Earth X-Ray Albedo with Suzaku/XIS (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Katsuda, M. Ohno, K. Mori, T. Beppu, Y. Kanemaru, M. Tashiro, Y. Terada, K. Sato, K. Morita, H. Sagara, F. Ogawa, H. Takahashi, H. Murakami, M. Nobukawa, H. Tsunemi, K. Hayashida, H. Matsumoto, H. Noda, H. Nakajima, Y. Ezoe, Y. Tsuboi, Y. Maeda, T. Yokoyama, N. Narukage
  • 学会等名: COSPAR 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 磁気リコネクションに伴う粒子加速の理解を目指す衛星計画 PhoENiX の進捗報告（2022年秋） (2022)
  • 著者名/発表者名: 成影典之、岡光夫、深沢泰司、松崎恵一、渡辺伸、坂尾太郎、萩野浩一、三石郁之、水野恒史、篠原育、川手朋子、下条圭美、高棹真介、金子岳史、田辺博士、上野宗孝、高橋忠幸、高島健、太田方之、PhoENiX WG
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] 太陽観測ロケット実験 FOXSI-4 に向けた高角度分解能 X 線望遠鏡の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤井隆登、作田皓基、安福千貴、柏倉一斗、伊藤駿、岡田久美子、吉平圭徳、叶哲生、石田直樹、田村啓輔、鈴木亮汰、宮田喜久子、成影典之、山口豪太、伊藤旺成、伊藤駿佑、毛利柊太郎、竹尾陽子、久米健大、澤雄介、齋藤貴宏、平栗健太郎、橋爪寛和、三村秀和、三石郁之
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] 日米共同・太陽X線集光撮像分光観測ロケット実験FOXSI-3に用いたプレコリメータの性能評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤慶暉、成影典之、坂尾太郎、清水里香、加島颯太、Juan Camilo Buitrago-Casas、犬塚隼人、吉村太志、FOXSI チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] 日米共同・太陽フレアX線集光撮像分光観測ロケット実験FOXSI-4に用いるCMOSイメージセンサのX線光子計測能力評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 清水里香、成影典之、坂尾太郎、佐藤慶暉、加島颯太、高橋忠幸、渡辺伸、FOXSI-4 チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] 太陽フレアにおける磁気リコネクションと粒子加速の観測的研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 成影 典之、岡 光夫、坂尾 太郎、下条 圭美、高棹 真介、増田 智、阿南 徹、銭谷 誠司
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第152回総会及び講演会（2022年秋学会）
  • 招待講演
• [学会発表] 太陽フレア観測ロケット実験FOXSI-4に用いるCMOSセンサのX線光子計測能力の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 清水 里香、成影 典之、佐藤 慶暉、加島 颯太、坂尾 太郎
  • 学会等名: UVSOR シンポジウム 2022
• [備考] 観測ロケット実験 FOXSI
  • URL: https://phoenix-project.science/foxsi
• [備考] 太陽X線研究グループ
  • URL: https://xray-sun.jp/