米国航空宇宙局(NASA)は2020年12月30日、太陽や地球周辺の宇宙天気を探査する、2つの新しい太陽圏物理学ミッションを実施すると発表した。
ひとつは太陽を観測する日本との共同ミッション「Solar-C_EUVST」、もうひとつは3機の小型衛星でオーロラジェット電流の観測を行う「EZIE(Electrojet Zeeman Imaging Explorer)」。
これらの観測によって、太陽風や太陽フレアやコロナ質量放出といった太陽での爆発現象について理解するとともに、こうした現象による衛星や宇宙飛行士への悪影響を防ぐため、より正確な「宇宙天気予報」の実現を目指す。
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選定された2つのミッションのうちのひとつ「Solar-C_EUVST」の想像図。日本との共同ミッションで、太陽の大気をこれまでにないほど詳細に観測し、さまざまな謎を明らかにすることを目指している (C) NAOJ/JAXA (Solar-C WG)
Solar-C_EUVST
Solar-C_EUVSTは、太陽の大気をこれまでにないほど詳細に観測することで、さまざまな謎を明らかにすることを目指した太陽観測衛星である。
太陽は表面温度が約6000℃であるのにもかかわらず、太陽の表面から2000kmほど上空にある大気層の「コロナ」は100万℃以上もあり、なぜ表面よりもはるかに高温になっているのかはまだわかっておらず、「コロナ加熱問題」と呼ばれている。また、コロナは太陽からやってくるプラズマの流れである「太陽風」を放出したり、太陽物質の噴出である「コロナ質量放出」を引き起こしたりする場所でもあり、こうした現象は太陽系全体の宇宙放射線環境に影響を与えているが、そのメカニズムなどの詳細もまだわかっていない。
そこで、Solar-C_EUVSTによる観測で、こうした謎に終止符を打つことを目指している。
EUVSTとはExtreme Ultraviolet High-Throughput Spectroscopic Telescope(極端紫外線高性能分光望遠鏡)の頭文字から取られており、その名のとおり、太陽をきわめて高い分解能で観測することができる望遠鏡を搭載している。
EUVSTは独自の工夫により、太陽から届く紫外線をなるべく多く望遠鏡に集めることができ、高空間分解(最高0.4秒角)、高時間分解(1秒以下)というきわめて高い性能で分光観測をおこなうとともに、極端紫外域のさまざまな輝線をとらえることで、彩層(約1万℃)からコロナ(約100万℃)、さらにフレア(約1000万℃)にわたる幅広い温度帯を隙間なく観測することもできる。彩層からコロナ、フレアの温度までを同時に0.4秒角で空間分解する分光観測は世界初だという。
打ち上げは、第25太陽活動周期の極大期に相当する2020年代中頃に行われる予定で、ロケットは日本が開発中の「イプシロンS」を使う。高度600km以上の太陽同期極軌道で2年間にわたって運用される計画となっている。
ミッションは日本の宇宙航空研究開発機構(JAXA)宇宙科学研究所(ISAS)と国立天文台が主導しており、NASAをはじめ、欧州宇宙機関(ESA)や欧州各国の宇宙機関、大学なども参加する国際協力計画となっている。
このうちNASA側は米海軍研究所のHarry Warren氏が主任研究員を務め、紫外線検出器や電子機器、分光器の部品、ガイド望遠鏡、ソフトウェア、スリットジョー撮像装置の開発を担当する。予算は5500万ドルだという。
今回の採択を受け、国立天文台のSOLAR-Cプロジェクト・チームは「NASAはSolar-C (EUVST)をHeliophysics missionの1つとして採択しました。これにより、Solar-C (EUVST)計画への米国の参加が確定となります」とコメントしている。
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Solar-C_EUVSTの想像図 (C) NAOJ/JAXA (Solar-C WG)
EZIE(Electrojet Zeeman Imaging Explorer)
EZIEは、3機のキューブサット(超小型衛星)で構成されるミッションで、「オーロラ・ジェット電流(auroral electrojet)」と呼ばれる現象の発生源や変化の様子などを解明することを目指している。
幻想的な光景で人々を魅了するオーロラは、太陽風が地球の大気圏に突入し、極地の上空で光ることで起こっている。このうち、とくに明るいオーロラは、全電流が何百万～何千万アンペアに達することもあり、その強力な電流を「オーロラ・ジェット電流」と呼ぶが、その電流の発生源や構造はまだはっきりとわかっていない。
また、オーロラ・ジェット電流は、美しいオーロラを生み出すのと同時に、地球の電波や通信に悪影響を与えたり、電力網を破壊したり、宇宙にある衛星や宇宙飛行士にダメージを与えたりすることがあり、そのメカニズムの解明によって、「宇宙天気予報」を改善し、こうした事態を未然に防ぐことにもつながる。
計画はジョンズ・ホプキンズ大学応用物理学研究所(APL)が主導する。打ち上げは2024年6月以降の予定で、ミッションの総予算は5330万ドル。
主任研究員を務めるAPLのJeng-Hwa (Sam) Yee氏は「何十年もの間、研究されてきたにもかかわらず、地球とその周囲の宇宙空間との相互作用の中心となる電流の基本的な構成について、いまだに理解できていません。この電流は、宇宙や地球に大きな影響を与えるため、実用的な重要性があるとともに、水星や土星、木星のようなあらゆる地場をもつ天体で起こっていることにも適用できる普遍的な問題でもあります」と語る。
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EZIEの想像図 (C) NASA/Johns Hopkins APL
今回実施が決まった2つのミッションについて、NASAの科学局長を務めるトーマス・ザブーケン氏は「これまで私たちは、前例のない驚異的な観測手段を使って太陽と地球の相互作用について研究し続けてきましたが、そこに新たに、Solar-C_EUVSTとEZIEという、新しいミッションが追加されたことを大変嬉しく思います」とコメントしているほか、「EZIEは、オーロラ・ジェット電流に焦点を当てた先駆的なミッションです。そしてSolar-C_EUVSTは、『ようこう』と『ひので』という、素晴らしい成果をあげた日本の太陽観測衛星ミッションに続くもので、日本や欧州のパートナーとの国際協力が実現することに、大きな喜びを感じています」ともコメントしている。
参考文献
・NASA Approves Heliophysics Missions to Explore Sun, Aurora | NASA
・次期太陽観測衛星「Solar-C_EUVST」
・Solar-C (EUVST)の米国提案がNASAに採択されました | 次期太陽観測衛星「Solar-C_EUVST」
・Johns Hopkins APL Space Weather Mission Selected by NASA
