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シンポジウム
「2020年代の光赤外スペース計画
および
分野横断プロジェクトの展望」
惑星間スペース赤外線望遠鏡
EXZIT計画
関西学院大学 松浦 周二
CIBER/CIBER-2 collaboration
EXZIT検討チーム
ソーラーセイルWG
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
宇宙赤外線背景放射の観測
宇宙進化研究の重要課題
初期密度ゆらぎ〜現在の宇宙構造形成過程の解明
進化の中間段階にある「初代天体」「再電離期」がカギ
初代天体・宇宙再電離
の紫外線
赤方偏移
近赤外線宇宙背景放射
JWSTでも個別検出不可
→ 積算光を捉える
イ
ーン
シフ
レ
ョ
ン
10-36秒
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
初
誕代 再
現在の宇宙
生星 電
離
？
38万年 1億年 10億年 100億年
再
結
合
これまでのCIB観測
• 「あかり」衛星 2006-2011年
• ロケット実験CIBER: Cosmic Infrared Background ExpeRiment
2009年2月, 2010年7月, 2012年3月 & 2013年6月
NASA Sounding
Rocket for CIBER
AKARI
Black Brant VC MK1
+ Terrier MK70
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
CIBER launch at WSMR
2010.7.11 22:50 MDT
CIB観測結果
長年の課題 ー 背景放射の赤外線超過問題
背景放射の明るさ [nW m-2 sr-1]
黄道光
測定された
背景放射の明るさ
深刻な差
系外銀河の積算
(既知の放射)
波長 [μm]
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
超過は宇宙初期
に起源をもつか？
黄道光の影響を
いかに除去？
CIBゆらぎ観測
ゆらぎ振幅 [arbitrary]
思いがけない結果 ー Intra-halo Lightの寄与？
近傍銀河ダーク
マター・ハロー
の星々
初代天体
「あかり」 & Spitzer
CIBER Imager 視野 ２度角
Zemcov et al. Science (2015)
波長 [μm]
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
次期ロケット実験CIBER-2の狙い
ゆらぎ振幅(5’-20’ scale) [nW m-2 sr-1]
ハロー星IHL
モデル
あかり
波長 [μm]
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
CIB絶対値観測の重要性
• 相対的CIBゆらぎ
近傍宇宙起源（IHL）
初期宇宙起源（EoR）
δI / I 〜 10%
δI / I 〜 1%
• CIBゆらぎと絶対値の両者を測定できれば
放射源への強い制限になる
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
黄道光の日心距離変化
• 惑星間ダスト分布モデルからの予測
小惑星帯以遠（> 3AU）では一桁以下に低減
• 黄道光観測によるダスト分布や組成の研究
1. 0AU (Earth orbit)
1. 5AU (Mars orbit)
5. 2AU (Jupiter orbit)
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
EXZIT – 惑星間ダスト雲からの脱出
• 小惑星帯以遠でのCIB観測では地球軌道と比べて，
一桁以上の系統誤差の低減が期待される．
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ソーラー電力セイル（SPS）
• 探査工学／惑星科学／天文学 理工学総合ミッション
• トロヤ群小惑星探査
子機着陸、その場分析
• 到着までのクルージング期
に惑星間空間の科学観測
（EXZITはそのCIB観測装置）
• 2020年代打上げ目標
• ISAS戦略的中型ミッション
DSにて3候補の１つに選定
• システム成立性検討継続
→ 年度内審査（SRR）？
〜50m
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
EXZITの仕様
EXZIT spec
Vis cam
Vis-NIR
MIR（option）
波長
0.4-0.6 μm
0.6-2.5 μm
5-10 μm
λ/Δλ
3
30
20
光学系
Gregorian 10cm 反射＋屈折光学系
焦点面LVF搭載 分光撮像装置
FOV
3 x 4 deg
検出器
Pixel FOV
冷却方式
10’ x 4 deg
HgCdTe 512^2
0.5’ x 0.5’
10’ x 4 deg
HgCdTe 128^2
2’ x 2’
放射冷却のみ
検出器温度
< 80 K
< 40 K
望遠鏡温度
< 140 K
< 70 K
検出限界
（1day, 3s）
サイズ
重量
データ量
深宇宙
（放射冷却）
宇宙背景放射
熱シールド
アルミ構体
lIl ~ 1 nWm-2sr-1
CIB S/N > 100
~400^3 mm3 （シールド除く）
< 20 kg
~1MB / day
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断熱脚
（GFRP）
MLI
探査機I/F面
探査機機器配置
STT-A
RCS
スラスタ
上部デッキ
Φ 1999 mm
LGA-B
ONC-T/W
GAP
50 mm
Imaging
Spectrometer
子機通信用
アンテナ
サーマルルーバ
×5
20 mm
側面パネル高さ
1100 mm
50 mm
センターシリンダ
内径 Φ 750 mm
30 mm
ZSC
側面パネル間距離
1666 mm
子機
PAF1666M
適合I/Fリング
XSC
下部デッキ
Φ 1860 mm
RCS
スラスタ
補助太陽電池
YSC
赤外線
観測装置
ZSC
XSC
XLGA-A
SSAS-H
XHGA
再突入カプセル
XMGA
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
EXZIT
XSC
STT-B
YSC
ZSC
SPSミッションの主な特徴
①世界初の光子と電気のハイブリッド推進
②世界最高性能のイオンエンジン
③世界初の小惑星帯以遠でのCIB観測
④世界初のトロヤ群小惑星のその場観測
⑤世界初のトロヤ群小惑星の試料分析
⑥世界初の外惑星領域往復
⑦世界最高速度の地球帰還カプセル
世界第一級の成果創出を目指し，各分野のフラッグ
シップ・ミッションを日本がリーダーとして実施する．
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
ミッションシーケンス
トロヤ群小惑星（5.2 AU）
小惑星帯 (3AU)
Ⅱ
地球
(1AU)
太陽
Ⅰ
＜サイエンス＞
Ⅰ．クルージングフェーズ
・宇宙赤外線背景放射の観測
・惑星間ダストのその場計測
・ガンマ線バーストの観測
・その他、惑星間磁場の計測など
Ⅱ．ランデブーフェーズ
・トロヤ群小惑星の観測
・トロヤ群小惑星の試料分析
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木星 (5.2AU)
＜スケジュール例＞
・2021年08月：打上げ
・2023年06月：地球スイングバイ
・2025年12月：木星スイングバイ
・2036年07月：トロヤ群小惑星到着
子機の着陸・試料採取・その場分析
・2037年07月：トロヤ群小惑星出発
・2049年09月：木星スイングバイ
・2052年07月：地球帰還
SPS工学ミッションの意義
• 従来の太陽電池パネルと化学推進系では，小惑星帯以遠の
探査，特に，木星以遠の探査は困難．
• 彗星探査機Rosettaは，約3tonで100kgの着陸機Philaeをトロヤ
群小惑星より近傍の彗星へ輸送した．
• ソーラー電力セイルは，約1.3tonで100kgの子機をトロヤ群小惑星
に輸送する（ソーラー電力セイルの優位性）．
• 中型規模での外惑星領域の探査を可能にする技術の確立．
Rosetta
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
Philae
SPS科学ミッションの意義
＜背景＞
• 世界は，近傍のS/C型小惑星や火星衛星から，より遠方の始原
性の高いD/P型小惑星，彗星核，木星や土星の衛星へ向かう．
• 欧米のトロヤ群探査計画では，着陸・往復を含む探査実現の見
通しが得られていない．
＜意義＞
• 彗星核と小惑星の狭間にあるトロヤ群の水質変成有無や同位
体比から，太陽系形成理論の巨大ガス惑星移動説を実証でき
る．
光赤天連の系外惑星・原始惑星形成の研究者にも重要な課題
• クルージングサイエンス（CIB，黄道光，惑星間ダストその場計測，
ガンマ線バースト）は，往路の早い段階から第一級の科学成果
が期待できる．
2020年代の光赤外スペース天文学
@ISAS 2015．7．8
探査計画での戦略的な位置づけ
探査機
打上げ
ミッション
航行技術
探査技術
科学観測
はやぶさ
2003年
技術実証
イオンエンジン
親機着陸・
サンプルリターン
（表面試料）
地球近傍小惑星
（S型）
IKAROS
2010年
技術実証
ソーラーセイル
フライバイ
クルージング観測
はやぶさ２
2014年
科学観測
イオンエンジン
親機着陸・
サンプルリターン
（表面・内部試料）
地球近傍小惑星
（C型）
ソーラー電力セイル
実験機
2020年代
初頭
技術実証
高比推力イオンエンジン
大型ソーラーセイル
子機着陸・その場分析・
サンプルリターン
（表面・内部試料）
トロヤ群小惑星
（D型/P型）
クルージング観測
ソーラー電力セイル
本番機
2020年代
中盤
科学観測
高比推力イオンエンジン
大型ソーラーセイル
子機着陸・その場分析・
サンプルリターン
（表面・内部試料）
トロヤ群小惑星
（D型/P型）
クルージング観測
ソーラー電力セイルは日本独自のアイデアであり，
はやぶさ，IKAROSにおける技術実証を発展させることを前提に
ミッションを構成しているため，日本の技術的優位性も活かされる．
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
研究コミュニティーからの支持
＜探査工学＞
「宇宙探査ミッションを支える宇宙技術実証プログラム」が日本
学術会議「マスタープラン2014」における重点大型研究に選定．
ISAS工学委員会が戦略的中型ミッションとして最優先で推薦．
＜惑星科学＞
「ソーラー電力セイル探査機によるトロヤ群小惑星探査および
深宇宙空間観測」が日本惑星科学会のH26「月惑星探査の来
る10年」において有力候補となった．
＜天文学＞
EXZIT計画を本コミュニティーに将来の分野融合型スペースミッ
ションとして提案，工程表に記載．
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
CIB研究コミュニティー近年の動き
＜国内＞ IRTS, あかり, CIBERの研究チームが母体
2010-2014年 科研費新学術領域による研究推進
CMBコミュニティーとの連携
2014年
EBL研究会 @ISAS 井上（ISAS）ら
理論，TeVガンマ線 研究者との連携
【コミュニティー規模】 30名程度
＜海外＞ COBE, CIBERの研究チームが母体
2012年
Texas Symposium – WS on EBL 小松（MPA）ら
2015年
2nd WS on EBL
理論, TeVガンマ線 研究者との連携
【コミュニティー規模】 > 30名
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
EBL WSでの共通認識
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
EXZITの意義
• CIBER-2（~2018）ほか，2010後半~2020前半は
国内外の小型計画によるCIBゆらぎの観測が
大きくすすむ．
• CIB絶対値の問題は積み残される
• EXZITは，CIB絶対値観測の決定打
• 工学，惑星科学，天文学が一体となり推進
• 新たな天文サイトとしての惑星間空間の開拓
– 低背景放射環境の優位はCIBに限らない
2020年代の光赤外スペース天文学@ISAS 2015．7．8
EXZIT powered by Solar Power Sail
~ 惑星探査機による新しい天文学の開拓 ~
分野横断ミッションは宇宙科学の未来を拓く
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Z