高精度偏光観測で初めてえられる、量子論的ハンレ効果を用いた太陽彩層磁場構造の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24340040
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 鹿野 良平 国立天文台, SOLAR-C準備室, 助教 (70321586)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 太陽物理 / 国際協力 / ロケット / プラズマ・核融合 / ハンレ効果

研究実績の概要

平成26年度は、CLASP偏光分光装置のフライト品開発において、(a)大気中での真空紫外線偏光分光装置の光学素子アライメントと、(b)真空環境下での分光結像性能評価・偏光較正試験を実施した。ここでのポイントは、CLASP偏光分光装置の測定光・ライマンα線が大気で吸収されるにもかかわらず、如何に多くのアライメント作業を大気圧環境下で行うかである。その手法は、He-Neレーザー光(632.8nm)をライマンα波長(121.6nm)と同じ方向に分散する可視光回折格子を使用し、He-Neレーザー光で作業を進めるものであり、試作器での手法検証は平成25年度に完了していた(G.Giono et al., Proc. of SPIE, 2014)。平成26年度、これを実際にフライト品光学アライメントに適用したところ、予定していた通り、フライト回折格子の方位角とＣＣＤカメラの焦点位置以外のアライメントを大気圧環境下で容易に完了させることができ、真空環境下でのライマンα線での光学アライメントも続いて実施することにより、分光結像性能として1σ値=0.003nmという十分よい結果を得ることができた。その後実施したCLASP偏光分光装置の偏光較正試験では、ライマンα線光源から射出される直線偏光の方位角を45度毎に変えて装置に入射した。暫定的な解析結果によれば、CLASP観測装置全体に要求される偏光測定精度(0.1%)より約1桁良いレベルでの較正ができる感触を得た。
また、ライマンα線よりも2000万倍以上明るい可視光の除去もCLASP観測装置の課題の一つであったが、偏光分光装置においても各種構造部材の黒色化を施し、可視光混入量の低減に対応した。平成26年度、太陽光入射試験においてCLASP偏光分光装置の焦点面への可視光混入量を計測したが、ライマンα線測定光量の0.1%以下に抑えられ、偏光測定に支障ないことを検証した。

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

平成26年度、日本での光学アライメント作業にて、米国開発担当のCLASP搭載カメラにおいて、カメラケーブルの断線とカメラ冷却系の密封不具合が発覚し、米国での再作成と米国担当者の来日による改修のため数か月の遅延が発生し、CLASP観測装置の米国出荷前の振動試験の完了と米国への装置出荷が平成26年度中に行えなくなった。但し、振動試験と米国出荷は既に平成27年4月に完了しており、平成27年8～9月にはCLASPの打上げと観測が実施予定であり、その後の取得データの解析研究を含めて平成27年度の研究完了には支障がない。
また、ハンレ効果によるライマンα線偏光線輪郭モデルの構築については、輻射場の異方性がつくる原子偏向とライマンα線に現れる偏光線度の算出、および、彩層・遷移層磁場による原子偏向の変化とライマンα偏光度の変化の算出について、連携研究者・後藤基志氏により簡易モデルができつつある。

今後の研究の推進方策

まず、CLASP観測装置の振動試験を宇宙科学研究所にて実施し、日本国内での装置の開発試験作業を完了させる。その後、成影典之・久保雅仁・勝川行雄(いずれも連携研究者)と連携して米国で実施する米国開発担当の観測制御コンピュータとの噛合せ試験とCLASP全体の総合試験に参加し、米国の研究協力者・小林研(NASA)と協力してこれらを実施し完了させる。そして8～9月実施予定の観測ロケット実験を実施する。なお、実験実施時には、(i)「ひので」衛星による光球磁場観測、(ii) IRIS衛星による彩層・遷移層の分光観測、(iii)地上太陽観測所によるHα線での彩層の撮像観測など、同時観測を実施する。
また、これまで後藤基志・石川遼子(いずれも連携研究者)とともに検討を行ってきた"ハンレ効果による磁場診断手法"を取得した観測データに適応することにより、彩層～遷移層磁場の導出を行う。

次年度使用額が生じた理由

米国が開発担当のCLASP搭載カメラにおいて、カメラ用フライトケーブルの断線とカメラ冷却系の密封不具合が発覚し、米国でのケーブル再作成や米国担当者の来日による改修のため数か月の遅延が発生し、CLASP観測装置の米国出荷前の振動試験の完了と米国への装置出荷が平成26年度中に行えなくなった。また、振動試験前のフライト形態への組立において、Sun Sensor関連装置のマウント部に改修が必要なことが発覚した。以上により、装置出荷後の米国でのCLASP試験参加とSun Sensor関連装置マウント部の改修が平成27年度に延びたため。

次年度使用額の使用計画

平成27年4月、宇宙科学研究所での振動試験を行って日本国内での装置の開発試験作業を完了させ、CLASP観測装置を米国に送付する。その後、米国で実施する観測制御コンピュータ等との噛合せ試験に参加遂行と並行して改修物品の製作を進め、米国での最終組立にて組付け、平成27年8～9月実施予定のCLASP打上げと観測実施にあたる。

研究成果

• [雑誌論文] Vacuum ultraviolet spectropolarimeter design for precise polarization measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Narukage, Frederic Auchere, Ryohko Ishikawa, Ryouhei Kano, Saku Tsuneta, Amy R. Winebarger, and Ken Kobayashi
  • 雑誌名: APPLIED OPTICS 巻: 54 ページ: 2080-2084
  • DOI: 10.1364/AO.54.002080
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Strategy for Realizing High-Precision VUV Spectro-Polarimeter (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, N. Narukage, M. Kubo, S. Ishikawa, R. Kano, S. Tsuneta
  • 雑誌名: Solar Physics 巻: 289 ページ: 4727-4747
  • DOI: 10.1007/s11207-014-0583-x
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Precision VUV Spectro-Polarimetry for Solar Chromospheric Magnetic Field Measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, T. Bando, H. Hara, S. Ishikawa, R. Kano, M. Kubo, Y. Katsukawa, T. Kobiki, N. Narukage, Y. Suematsu, S. Tsuneta, K. Aoki, K. Miyagawa, K. Ichimoto, K. Kobayashi, F. Auchere, and the CLASP team
  • 雑誌名: ASP Conference Series 巻: 489 ページ: 319-321
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Sounding Rocket Experiment for the Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter (CLASP) (2014)
  • 著者名/発表者名: M.Kubo, R.Kano, K.Kobayashi, T.Bando, N.Narukage, R.Ishikawa, S.Tsuneta, Y.Katsukawa, S.Ishikawa, Y.Suematsu, H.Hara, T.Shimizu, T.Sakao, K.Ichimoto, M.Goto, T.Holloway, A.Winebarger, J.Cirtain, B.De Pontieu, R.Casini, F.Auchere, J.Trujillo Bueno, R.Manso Sainz, L.Belluzzi, A.Asensio Ramos, J.Stepan, and M.Carlsson
  • 雑誌名: ASP Conference Series 巻: 489 ページ: 307-317
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Current progress of optical alignment procedure of CLASP's Lyman-alpha polarimetry instrument. (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Giono, R.Ishikawa, Y. Katsukawa, T. Bando, R. Kano, Y. Suematsu, N. Narukage, T. Sakao, K. Kobayashi and F. Auchere
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 9144 ページ: 91443E-1-9
  • DOI: 10.1117/12.2055704
• [学会発表] 遷移層～彩層磁場測定に挑む太陽Lyα線偏光観測ロケット実験CLASP (2015)
  • 著者名/発表者名: 成影典之, 鹿野良平, 坂東貴政, 石川遼子, 久保雅仁, 勝川行雄, 石川真之介, 原弘久, 末松芳法, Giono Gabriel, 木挽俊彦, 鎌田有紀子, 都築俊宏, 清水敏文, 坂尾太郎, 常田佐久, 一本潔, 後藤基志, Amy Winebarger, Ken Kobayashi, Javier Trujillo Bueno, Fr ́ed ́eric Auch `ere, CLASP チーム
  • 学会等名: 日本天文学会 2015年春季年会
  • 発表場所: 大阪大学 (大阪府, 豊中市)
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [学会発表] 太陽ライマンα線偏光分光観測ロケット実験 CLASP (2015)
  • 著者名/発表者名: 鹿野良平, ほかCLASPチーム
  • 学会等名: 太陽研連シンポジウム「サイクル24 極大期の太陽活動と太陽研究の将来展望」
  • 発表場所: 名古屋大学 (愛知県, 名古屋市)
  • 年月日: 2015-02-16 – 2015-02-18
  • 招待講演
• [学会発表] 太陽ライマンα線偏光分光観測ロケット実験CLASP (2015)
  • 著者名/発表者名: 鹿野良平，坂東貴政，成影典之，石川遼子，久保雅仁，勝川行雄，石川真之介，原弘之，末松芳法， Gabriel Giono，清水敏文，坂尾太郎，一本潔，後藤基志， Amy Winebarger，小林研，Javier Trujillo Bueno, Frederic Auchere
  • 学会等名: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 （神奈川県, 相模原市)
  • 年月日: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [学会発表] 太陽Lyα線偏光分光観測ロケット実験CLASPの迷光シミュレー ションと測定結果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 成影典之,鹿野良平,坂東貴政,石川遼子,久保行雄,都築俊宏,勝川行雄,石川 真之介,GionoGabriel,末松芳法,Winebarger Amy,小林研
  • 学会等名: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 （神奈川県, 相模原市)
  • 年月日: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [学会発表] Experimental estimation of CLASP spatial and spectral resolution: results of the instrument's optical alignment. (2015)
  • 著者名/発表者名: Giono Gabriel, Katsukawa Yukio, Ishikawa Ryoko, Narukage Noriyuki, Bando Takamasa, Kano Ryouhei, Suematsu Yoshinori, Winebarger Amy, Kobayashi Ken, Auchere Frederic
  • 学会等名: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 （神奈川県, 相模原市)
  • 年月日: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [学会発表] 太陽Lyα線偏光分光観測ロケット実験CLASPに用いる高効率 多層膜コーティング (2015)
  • 著者名/発表者名: 成影典之,鹿野良平,坂東貴政,石川遼子,久保雅仁,勝川行雄,石川真之介,木 挽俊彦, Giono Gabriel, Auchere Frederic, Winebarger Amy, 小林研,常田佐久
  • 学会等名: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 （神奈川県, 相模原市)
  • 年月日: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [学会発表] 太陽ライマンα線偏光分光観測ロケット実験CLASPに搭載され るSlit-jaw光学系フライト品の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保雅仁,末松芳法,鹿野良平,坂東貴政,原弘久,成影典之,勝川行雄,石川遼 子,石川真之介,木挽俊彦,常田佐久, Winebarger Amy, Kobayashi Ken,武山芸英, 金井美一, 榊原佳子
  • 学会等名: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 （神奈川県, 相模原市)
  • 年月日: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [学会発表] 真空紫外による彩層・遷移層磁場観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鹿野良平, 石川遼子, 成影典之, 久保雅仁, 勝川行雄, 石川真之介, 坂東貴政, 後藤基志, ほかCLASPチーム
  • 学会等名: 日本天文学会 2014年秋季年会
  • 発表場所: 山形大学 (山形県, 山形市)
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Chromospheric Lyman-alpha spectro-polarimeter (CLASP) (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryouhei Kano
  • 学会等名: COSPAR 2014
  • 発表場所: モスクワ大学 (ロシア, モスクワ)
  • 年月日: 2014-08-03 – 2014-08-09
  • 招待講演
• [学会発表] UV spectropolarimeter design for precise polarization measurement and its application to the CLASP for exploration of magnetic fields in solar atmosphere (2014)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Narukage
  • 学会等名: COSPAR 2014
  • 発表場所: モスクワ大学 (ロシア, モスクワ)
  • 年月日: 2014-08-03 – 2014-08-09
  • 招待講演
• [学会発表] Exploration of Magnetic Fields in Solar Chromosphere by a Sounding Rocket Experiment for the Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter (CLASP) (2014)
  • 著者名/発表者名: Kubo,M.,Kano,R.,Kobayashi,K.,Bando,T.,Narukage,N.,Ishikawa,R.,Tsuneta,S.,Katsukawa,Y.,Ishikawa,S.,Suematsu,Y.,Hara,H.,Shimizu,T.,Sakao,T.,Ichimoto,K.,Holloway,T.,Winebarger,A.,Cirtain,J.,DePontieu,B.,Casini,R.,Auchere,F.,Trujillo-Bueno,J.,Manso-Sainz,R.,Belluzzi,L.,Asensio-Ramos,A.,Stepan,J., and Carlsson,M.
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society, 11th Annual Meeting
  • 発表場所: ロイトン札幌 (北海道, 札幌市)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Magnetic fields in the Solar chromosphere with Lyman alpha polarimetry (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kano
  • 学会等名: ASTRONOMICAL POLARIMETRY 2014
  • 発表場所: MINATEC (フランス, グルノーブル)
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-30