Transcript 「宇宙への情熱」より「ロケット、人工衛星、ブラックホール

ロケット、人工衛星、ブラックホール
東京大学 理学系研究科 物理学専攻（本）
理化学研究所 宇宙放射線研究室（兼）
牧島一夫
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
１. 自己紹介
1949年生まれ
宇宙Ｘ線の観測的研究
８機の科学衛星計画に参加
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
２. なぜ宇宙に行きたいか
1. 「その場」で宇宙空間にじかに触れたい。電離層や地球磁気
圏の研究。
そこに宇宙があるから
2. 遠くへ行きたい。惑星探査 → 佐々木先生。
3. 大気に邪魔されずに宇宙を眺めたい。さまざまな天体物理学、
とくに大気に吸収されてしまう、赤外線、紫外線、Ｘ線、ガンマ
線などの観測。
4. 高い場所から地球を見渡したい。気象観測、通信・放送、測量、
資源探査、監視、…
5. 無重力の世界に行きたい。材料合成、生物学研究、一般相対
論の検証…
6. などなど…。
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
宇宙線（宇宙からの放射線）の発見
「放射線が空気を電離し、わずかな
導電性が生じるため、電荷が逃げて
しまうのだろう」
箔検電器
＋
＋
＋ ＋
＋
＋
2004/12/3
＋
「放射線は地中から来ているのるだ
ろうから、上空に上がれば影響は減
るはず」
1910年、ヘスは検電器を携えて気球
に搭乗。
上空ほど放射能が強い！→大気圏
外から未 知の放射線すなわち「宇宙
線」が来ている。
どこで宇宙線が作られているか、100
年ごしの謎。
第６回理学部公開講演会
気球に乗るヘス博士 (1912)
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
３. 日本の宇宙開発体制
宇宙航空研究開発機構(JAXA)
航
空
宇
宙
技
術
研
究
所
2003.10
宇宙科学研究所
(ISAS)
宇宙開発事業団 文科省
2002.1
科学衛星
(NASDA)
実用衛星
液体ロケット
種子が島
1969
トップダウン
固体ロケット
内之浦
宇宙航空研
1964
東京大学 1952
文部省
科学技術庁
2004/12/3
ボトムアップ
第６回理学部公開講演会
1981
生
産
研
内之浦はどこ？
1970年２月11日、ラムダ4Sロ
ケット５号機で、日本初の人工衛
星「おおすみ」打上げ。
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鹿児島県 肝属(きもつき)郡 内之浦町
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
ミューロケットによる科学衛星の打上げ
さきがけ
宇宙科学研究所、鹿児島県内之浦
すいせい
たんせい２
たいよう
CORSA
はくちょう
たんせい
しんせい
でんぱ
たんせい４
ひのとり
てんま
おおぞら
たんせい３
きょっこう
じきけん
ぎんが
あけぼの
ひてん
ようこう
あすか
はるか
のぞみ
ASTRO-E
はやぶさ
３段目
おおすみ
２段目
80年代
前半
1970年代
80年代
後半
〜90年
代前半
L-４S M-4S M-3C M-3H M-3S M-3SII M-5
2004/12/3
衛星
第６回理学部公開講演会
１段目
実用衛星の打上げロケット
宇宙開発事業団→JAXA
N-I
1975
2004/12/3
N-II
1981
H-II
H-I
1986
第６回理学部公開講演会
1994
H-IIA
2000
４. 宇宙から強いＸ線が来ている！
1962年、アメリカの宇宙線研究者たちが観測ロケットにより、さそり
座にある強いＸ線源を発見。のちに、ブラックホール、中性子星、超
新星残骸など、多数の宇宙Ｘ線源が登場。
Ｘ線は人体を透過できるが、
地球大気は透過できない。
よって地上では、宇宙からのＸ
線は観測できない。
小田稔 (1923〜2001)
東大名誉教授、
元・宇宙科学研究所長、
文化勲章受賞
2004/12/3
R.ジャコーニ
小柴博士らとともに、
2002年ノーベル物理学
賞受賞）
第６回理学部公開講演会
宇宙航空研究所・小田研究室
1975年ごろ、伊豆の小
田先生の別荘にて
1971年、小田先生は世界で初めて「は
くちょう座にあるＸ線星 “はくちょう座X1” はブラックホールと恒星の連星らし
い」と提唱 。
土井隆雄
宇宙飛行士
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
大気球を飛ばす
厚みわずか数μ
のプラスチック
袋にヘリウムを
詰め、高度約 45
kmに上昇し、直
径〜100mに膨ら
む
放電を防ぐため高電圧部分は樹脂で埋
める(ポッティング)。
米国チャンドラ衛
上空では-30℃ぐらいに冷えるので装置
星で得られた「か
の防寒が不可欠。
に星雲」の X線像
(2000)着地するさいの衝撃吸収機構。
ゆれるゴンドラから、いかに望遠鏡の姿
勢を精度よく決めるか。
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１tクラスの観
測装置
気球観測で得られ
た「かに星雲」の硬
X線画像 (1978)
パラシュート
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
５. 人工衛星を作る
地球を回る人工衛星
近地球周回衛星：秒速7.9 kmで
1日に地球を15周
静止衛星：
1日に地球を1周
9
1
13
5 3
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
鹿児島からの交
信可能な範囲。近
地球周回衛星の
場合、交信できる
のは毎日、10分
×５回のみ。
衛星の技術的な難しさ
 故障しても修理にゆけない！故障しないように作る、一部が故障しても
代替機能が働くようにする、冗長度をもたせる。
 衛星も搭載装置も、ロケット打ち上げ時の振動や衝撃に耐えねばなら
ない。
 徹底した低電力、軽量化、小型化が必要。重量１トンの衛星の全体を、
電子レンジ１台＋冷蔵庫１台ぶんぐらいの電力でまかなう！
 真空中であり、対流が無いため、電子回路の発熱が問題となる。パソ
コンなど、すぐに熱暴走して壊れる！
 地上との交信が限られているので、データ量の制限が厳しい。 1日平
均すると、ブロードバンドインターネットよりずっと遅い。
 バッテリーは、１日に15回も充放電！
 電子部品は、放射線に対する耐久性をもつものを使う。
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
日本の宇宙Ｘ線衛星
はくちょう (1979)
回転すだれコリメー
タで多くのＸ線バース
ト源を発見。
ぎんが (1987)
日英協力で高感度
の装置を開発し、遠
方のクエーサーな
どを観測。世界に
データ提供。
2004/12/3
Astro-E2 (2005年の夏
に打ち上げ予定)
てんま (1983)
新しい検出器を自主開発し、
宇宙高温プラズマの研究を推
進。
あすか (1993)
改良された反射鏡と
高エネルギーＸ線で世界初の CCDカメラ
極限の分光能力をもつ
反射鏡 (米;名大)。
カロリメータ
世界初のＸ線CCDカメラ (米,
より高エネルギーで最
阪大, 京大, 宇宙研)。
自主開発の広視野Ｘ線 カメラ 高感度をねらう硬X線検
出器。
(東大、都立大)。
第６回理学部公開講演会
「あすか」衛星(1993.2.20〜2001.3.2)
４台のＸ線カメラのうち２台は、
理学系研究科が本郷キャン
パスで開発
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
６. ブラックホールに迫る
小田ら (1971); 「ウフル」衛星で速
いX線変動を発見。「すだれコリ
メータ」を用いた気球観測でＸ線
の位置を決定。
 その位置に、９等級の青い超巨
はくちょう座X-1の模式図
Ｘ線
降着円盤
星 HDE226868があった。この巨
星は見えない相手に5.6日の周期
で 振り回されている。
その質量は太陽の６倍以上で、ブ
ラックホールと考えられる。
ガスはブラックホールに落ちこむ
さい、回転円盤を作り、そこからX
線を出すらしい。
2004/12/3
大質量の星
HDE226868
第６回理学部公開講演会
ブラック
ホール
さまざまなブラックホール
〜1995以前
108
質
量 6
10
（
太
陽
比104
）
〜1995以後
銀河中心の
銀河中心の巨大BH
巨大BH
(数百〜数千個)
中質量BH
（数十個）
102
100
宇宙には、さまざ
まな質量のブラッ
クホールがあり、
それらは宇宙の
進化に重大な役
割を果しているら
しい。
恒星質量BH
恒星質量BH(数十個)
ガンマ線
バースト
初
源
BH
？
天の川銀河 近傍銀河
2004/12/3
遠方宇宙
第６回理学部公開講演会
初期宇宙
銀河系外の中質量ブラックホール
光(左)とＸ線(右)で見た 南天の銀河M83
赤い点は右図のＸ線源を示す。
2004/12/3
熱いガスの放射する広がったＸ線と、多
数の点状のＸ線源が見える。それらのう
ち最も明るい10個ほどは、 中質量ブ
ラックホールと思われる。
第６回理学部公開講演会
７. 道は平坦ではない
「あすか」(ASTRO-D)の後継機
ASTRO-E を６年がかりで開発、そ
して2000年１月…
コンテナから取り出さ
れる衛星
相模原から陸路、鹿児
島に輸送された衛星
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
衛星をロケット３段
目に組付ける
2004/12/3
運命の2000年２月10日未明、ロ
ケット整備塔の大扉が開く
第６回理学部公開講演会
発射！
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
発射40秒後(左)と70秒後(右)
打ち上げ直後、１段目の噴射口が破損し、55秒〜75秒にかけ
飛行姿勢が乱れた。２段目と３段目は完璧に動作したが、衛
星の最終速度が5%ほど不足し、衛星は地球を約1/３周して大
気圏に突入し、燃え尽きた。
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
10年ちかい歳月をかけて開発してきた
我々の装置「硬X線検出器」も、 衛星と
ともに失われてしまった…。
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
８. ガンマ線バーストを追う HETE-2
バーストが発生すると、その
位置を自動で決定
広い視野でガンマ
線バーストを監視
理化学研究所、アメリカ、フラ
ンスの共同で作られたガンマ
線バースト専用衛星。2000年
10月9日、ペガサスロケットに
より飛行機から打ち上げられ
た。
世界の望遠鏡（ロ
ボット望遠鏡など）
が反応
バースト位置をイ
ンターネットで世
界に通報
地上局
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
2003年3月29日の大ガンマ線バースト
 HETE-2が特大のガンマ線バーストを検出！
 理研、東工大、京大などを含め、世界各地の小型ロボット望遠鏡で、
可視残光がキャッチされた。
 数日かけて残光が暗くなる様子を、大望遠鏡が追跡したところ、１週
間後に、光スペクトルに極超新星の特徴が出現。
 35年来の謎だったガンマ線バーストは、大質量の星が超新星爆発し、
ブラックホールができる瞬間に発生
理研（埼玉県和光市）の屋上に、鳥居
研一研究員が設置したロボット望遠
鏡群。一番乗りを果した。
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
９.再起を賭けて
ASTRO-E/Astro-E2 硬X線検出器 開発チーム/2004.6
東大、理研、宇宙研、埼玉大、広島大、メーカー３社
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
Astro-E2 の建造 (JAXAにて、2004年)
検出器
2004/12/3
第６回理学部公開講演会
電子回路
2004/10/27 JAXA 報道発表文(一部省略）
JAXAとしては、H-IIAロケット6号機打上げ失敗の原因となった固体ロケット
ブースター（SRB-A）の改良に十分な取り組みを 行う必要があるが、SRB-Aの
改良とM-5ロケットによる第23号科学衛星（Astro-E2 ）の打上げ準備作業に係
わる人員に共通するところがあり、両方を並行して進めることが困難であると
判断した。
このため、SRB-Aの改良にJAXAおよび企業の人的資源を集中させて万全
の体制を整え、打上げ再開に向け準備を進めることとした。これによりAstroE2/M-5ロケット6号機の打上げ時期を17年度に延期し、再設定する必要が生
じている。
M-5ロケット6号機に搭載するX線天文衛星Astro-E2は、平成12年2月に打上
げに失敗したASTRO-Eの代替衛星であり、ASTRO-Eの担っていた科学的な
目標を達成するため、国内外の科学者より早期の打上げが強く望まれている。
JAXAとしても早期打上げの実現が重要と認識しており、17年度に可能な限り
早期の打上げを目指すこととしたい。
2004/12/3
第６回理学部公開講演会