(57)【要約】［課題］  異なる宇宙線の観測データを一元的に取得・管理してデータの信頼性を向上させる。［解決手段］  宇宙線複合観測システムを、人工衛星に搭載されたＸ線望遠鏡を含むＸ線観測部と、地上に設置されたチェレンコフ望遠鏡を含むγ線観測部と、Ｘ線望遠鏡と、チェレンコフ望遠鏡とで観測されたデータを収集して、これらのデータの対応付けを行って管理するデータ管理部と、により構成する。
2014050024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星に搭載されたＸ線望遠鏡を含むＸ線観測手段と、
地上に設置されたチェレンコフ望遠鏡を含むγ線観測手段と、
前記Ｘ線望遠鏡と、チェレンコフ望遠鏡とで観測されたデータを収集して、これらのデータの対応付けを行って管理するデータ管理手段と、を備えることを特徴とする宇宙線複合観測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の宇宙線複合観測システムであって、
前記γ線観測手段は、北天に位置する天体からのγ線を観測する北天γ線観測手段と、
南天に位置する天体からのγ線を観測する南天γ線観測手段と、の少なくとも１つを備えることを特徴とする宇宙線複合観測システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の宇宙線複合観測システムであって、
前記Ｘ線望遠鏡を搭載した前記人工衛星は、極軌道を飛翔することを特徴とする宇宙線複合観測システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の宇宙線複合観測システムであって、
前記データ管理手段は、前記Ｘ線観測手段で取得されたＸ線観測データと、前記γ線観測手段で取得されたγ線観測データとが格納される記憶手段と、
前記Ｘ線観測データと前記γ線観測データとを収集し、これらの対応付を行って、前記記憶手段に格納する格納手段と、
外部からデータの要求を示すデータ要求又は観測を要求する観測要求を受付ける要求受付手段と、
前記要求受付手段がデータ要求を受付けた場合には、当該データ要求に対応したデータを前記記憶手段から検索する検索手段と、を備えることを特徴とする宇宙線複合観測システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の宇宙線複合観測システムであって、
前記Ｘ線観測手段及び前記γ線観測手段で行う観測スケジュールを管理して、当該観測スケジュールに基づき前記Ｘ線観測手段及び前記γ線観測手段に観測を行わせる観測条件設定手段を備えることを特徴とする宇宙線複合観測システム。
【請求項６】
請求項５に記載の宇宙線複合観測システムであって、
前記観測条件設定手段は、前記要求受付手段から観測要求を受けた場合には、当該観測要求を前記観測スケジュールと照合して当該観測要求に応じる場合には、前記観測スケジュールを更新することを特徴とする宇宙線複合観測システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の宇宙線複合観測システムであって、
前記γ線観測手段又は前記Ｘ線観測手段の一方の観測手段が宇宙線を観測した際に、観測した前記観測手段が本来観測すべき宇宙線であるか否かを判断し、本来観測すべき宇宙線である場合には、他方の前記観測手段に観測方位を指示して観測を行わせる解析部を備えることを特徴とする宇宙線複合観測システム。
【請求項８】
請求項７に記載の宇宙線複合観測システムであって、
前記観測手段が、本来観測すべき宇宙線であるか否かを、イメージ法に基づくシャワー形状の扁平度から判断することを特徴とする宇宙線複合観測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙線複合観測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
天体から電子線、Ｘ線、γ線等の宇宙線が放射されている。そこで、天体の存在や宇宙構造等の研究においては、これらの宇宙線を観測することが行われている（特許文献１の「０００３」〜「００２９」等を参照）。このとき、Ｘ線の観測にはＸ線望遠鏡が利用され、またγ線にはチェレンコフ望遠鏡が利用されている。【０００３】
Ｘ線望遠鏡は、宇宙空間で運用され、チェレンコフ望遠鏡は地上に設置されて運用されており、現状の運用形態では、これらの連携は行われていない。即ち、Ｘ線望遠鏡とチェレンコフ望遠鏡とは、それぞれ独立に運用されている。このため、Ｘ線望遠鏡による観測データの真偽は、Ｘ線望遠鏡によるデータを多数観測して判断する必要がある。同様に、チェレンコフ望遠鏡による観測データの真偽は、チェレンコフ望遠鏡によるデータを多数観測して判断する必要がある。【０００４】
しかし、Ｘ線もγ線も同一天体からの放射された宇宙線であれば、Ｘ線望遠鏡のデータとチェレンコフ望遠鏡のデータとは、相互に補完することができる特性を持つことになる。【０００５】
図７は、このようなＸ線とγ線とのエネルギー帯域に対する波長スペクトルを示した図である。図７の曲線Ｃ１はＸ線の波長スペクトルで、エネルギー帯域が数百ｅＶ〜数ＭｅＶ程度と狭い。これに対し、曲線Ｃ２はγ線の波長スペクトルで、エネルギー帯域が数ＧｅＶ〜数ＴｅＶ、最大では１０２０ｅＶ程度までと広範である。【０００６】
上述したように宇宙空間での宇宙線観測を行うＸ線望遠鏡は、観測できるエネルギー帯域は狭いが、エネルギー分解能に優れており、１次宇宙線を直接観測出来るという利点を持っている。これに対し、地上に設置できる大気チェレンコフ望遠鏡は、観測できるエネルギー帯域が広範である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１８００６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようにＸ線やγ線は、それぞれ異なる波長スペクトルを持つにもかかわらず、天体の観測においては、Ｘ線望遠鏡とγ線望遠鏡とは連携することなく運用されているため、天体や宇宙構造等の研究促進が図れない問題がある。【０００９】
Ｘ線望遠鏡とγ線望遠鏡との観測データの連携が行われていない最も大きな原因は、Ｘ線望遠鏡やチェレンコフ望遠鏡の設置に膨大な設置費用が必要になると共に、長大な設置時間が必要になることが挙げられる。【００１０】
従って、現行において、独立して運用されているＸ線望遠鏡とチェレンコフ望遠鏡とを連携して運用できるようにすることは、施設の有効活用を行いながら天体や宇宙構造等の研究を促進させることができる。【００１１】
そこで、本発明の主目的は、異なる宇宙線の観測データを一元的に取得・管理してデータの信頼性を向上させることができる宇宙線複合観測システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、宇宙線複合観測システムは、人工衛星に搭載されたＸ線望遠鏡を含むＸ線観測部と、地上に設置されたチェレンコフ望遠鏡を含むγ線観測部と、Ｘ線望遠鏡と、チェレンコフ望遠鏡とで観測されたデータを収集して、これらのデータの対応付けを行って管理するデータ管理部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｘ線望遠鏡やチェレンコフ望遠鏡により観測された異なる宇宙線の観測データを一元的に取得・管理するので、データの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる宇宙線複合観測システムの概略図である。
【図２】宇宙線複合観測システムのブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる宇宙線複合観測システムの概略図である。
【図４】イメージパラメータとシャワーとの関係示した模式図である。
【図５】γ線によるシャワー形状を例示した図である。
【図６】プロトンによるシャワー形状を例示した図である。
【図７】Ｘ線とγ線とのエネルギー帯域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかるＸ線望遠鏡と大気チェレンコフ望遠鏡とによる宇宙線複合観測システム２Ａの概略図である。また、図２は、宇宙線複合観測システム２Ａのブロック図である。なお、図１において符号Ｅは地球を示している。さらに、符号Ｐ１は北半球から望める天体、符号Ｐ２は南半球から望める天体をそれぞれ示している。
【００１６】
この宇宙線複合観測システム２Ａは、データ管理部１１、γ線観測部１２、Ｘ線観測部１４を含んでいる。
【００１７】
γ線観測部１２は、北天の天体を観測するために北半球に設置された北天γ線観測部１２ａ、南天の天体を観測するために南半球に設置された南天γ線観測部１２ｂを含んでいる。この北天γ線観測部１２ａ及び南天γ線観測部１２ｂは、それぞれ大気チェレンコフ望遠鏡により構成されている。
【００１８】
γ線観測部１２を北天γ線観測部１２ａと南天γ線観測部１２ｂとにより構成したのは、全天観測を可能にするためである。従って、北天（南天）の天体しか観測しない場合には南半球（北半球）に設置する必要はない。但し、本発明の趣旨から、北半球又は南半球のいずれかに１台以上を設ける必要がある。
【００１９】
このような大気チェレンコフ望遠鏡により、数ＧｅＶ〜数ＴｅＶ、最大では１０２０ｅＶ程度のエネルギー帯域の宇宙線（γ線）が観測される。
【００２０】
そして、観測されたデータは、無線通信やネットワーク回線を介して地上のデータ管理部１１に送信される。
【００２１】
Ｘ線観測部１４は、極軌道Ｂに沿って飛翔する人工衛星に搭載されたＸ線望遠鏡により構成されている。このＸ線望遠鏡により、数百ｅＶ〜数ＭｅＶの観測エネルギー帯域の宇宙線（Ｘ線）が観測される。
【００２２】
そして、観測されたデータは、無線通信やネットワーク回線を介して地上のデータ管理部１１に送信される。
【００２３】
Ｘ線望遠鏡は、極軌道Ｂに沿って飛翔する人工衛星に搭載されているので、大気チェレンコフ望遠鏡との相対的な経度は常に同じである。
【００２４】
このようにγ線観測部１２は地上に設置され、Ｘ線望遠鏡１４は宇宙空間に設置される違いのため、特に大気チェレンコフ望遠鏡１２の設置台数の増減、観測エネルギー帯域等の変更・メンテナンス等は、Ｘ線望遠鏡に比べ容易に行える利点がある。
【００２５】
データ管理部１１は、要求受付部１１ａ、検索部１１ｂ、観測条件設定部１１ｃ、格納部１１ｄ、記憶部１１ｅを含んでいる。そして、Ｘ線観測部１４やγ線観測部１２で観測されたデータを所定の条件の下で記憶部１１ｅに格納すると共に、研究者等のユーザからの要求に応じて格納しているデータを提供する。また、ユーザが特定の天体についての観測を要求した際には、この要求に基づきＸ線観測部１４及びγ線観測部１２に観測させる。
【００２６】
要求受付部１１ａは、ユーザからのデータ要求や観測要求を受付ける。この要求が、記憶部１１ｅに格納されているデータの提供を求めている場合には、データ要求に含まれるデータ識別情報（例えば、観測日時、方位等）を抽出して、このデータ識別情報を含むデータ検索指令を検索部１１ｂに出力する。
【００２７】
また、ユーザが観測を要求している場合には、観測要求から観測条件情報（例えば、観測日時、方位等）を抽出して、この観測条件情報を含む観測指令を観測条件設定部１１ｃに出力する。
【００２８】
検索部１１ｂは、要求受付部１１ａからのデータ検索指令を受信して、このデータ検索指令に含まれるデータ識別情報に基づき記憶部１１ｅを検索して該当するデータを読出し、要求受付部１１ａに出力する。
【００２９】
観測条件設定部１１ｃは、要求受付部１１ａからの観測指令を受信して、この観測し例に含まれる観測条件情報を抽出する。そして、内部記憶している観測スケジュールに基づき、観測条件情報で要求されている観測が可能か否かを判断する。観測が可能と判断した場合には、北天γ線観測部１２ａで観測するか南天γ線観測部１２ｂで観測するかを判断する。以下の説明では、北天γ線観測部１２ａで観測可能と判断したとする。
【００３０】
観測条件設定部１１ｃは、観測可能と判断した場合に、観測要求を受付けたことを示す観測要求受理信号を要求受付部１１ａに出力すると共に、Ｘ線観測部１４及び該当するγ線観測部１２（先の仮定により北天γ線観測部１２ａ）に観測スケジュール更新要求を出力する。
【００３１】
格納部１１ｄは、Ｘ線観測部１４及びγ線観測部１２が観測したデータを記憶部１１ｅに格納する。このとき、Ｘ線観測部１４からのデータ（以下、Ｘ線観測データと記載する）とγ線観測部１２からのデータ（以下、γ線観測データと記載する）との対応付を行う。
【００３２】
この対応付けは、以下の意味がある。即ち、天体から放出された高エネルギーの電子がシンクロトロン輻射によって数百ｅＶ〜数ＭｅＶ程度のＸ線となる。そして、このＸ線が、そのまま地球付近へ届く場合と、Ｘ線が逆コンプトン散乱によりエネルギーが数ＧｅＶ〜数ＴｅＶ以上程度に跳ね上げられてγ線になる場合とがある。従って、Ｘ線観測とγ線観測とにより同じ日時、同じ方向からの宇宙線が観測された場合には、これらＸ線観測とγ線観測とは同一天体からの宇宙線を観測している可能性が高い。
【００３３】
このとき、Ｘ線観測部１４は宇宙空間の極軌道を飛翔する人工衛星に搭載され、γ線観測部１２は地上に設置されているため、γ線観測部１２に対するＸ線観測部１４の相対的位置は常に変化している。従って、Ｘ線観測部１４とγ線観測部１２とが同じ天体からの宇宙線を観測していても、観測時間や観測方位が異なる。
【００３４】
そこで、格納部１１ｄは、Ｘ線観測データやγ線観測データを受信すると、それぞれの観測時間や観測方位を絶対時間や絶対空間における方位に変換して保存する。これにより、Ｘ線観測データとγ線観測データとの対応付が行なわれる。
【００３５】
以上により、同一天体を種類の異なる宇宙線又はエネルギー範囲の異なる宇宙線の同時観測及びデータ利用が容易に行えるようになる。従って、それらの研究等による成果の信頼性が向上する。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。第１実施形態では、γ線観測部１２での観測データとＸ線観測部１４での観測データとを、絶対時間や絶対空間における方位に変換して保存した。そして、研究者等のユーザからの要求に応じて格納しているデータを提供するようにした。
【００３６】
しかし、γ線観測部１２とＸ線観測部１４とが、同一天体からのγ線やＸ線を同時に観測していることは希である。このため、γ線観測部１２での観測データとＸ線観測部１４での観測データとのデータの連携を図っても、一方の観測部によるデータが存在しない場合が発生する。無論、ユーザが同一天体を指定して、観測をＸ線観測部１４及びγ線観測部１２に観測を要求した場合には、両方のデータが存在する。
【００３７】
そこで、本実施形態では、一方の観測部が宇宙線を観測した場合に、他方の観測部も当該宇宙線を発している方位の天体に関する観測を自動で行うようにしたものである。以下の例では、一方の観測部をγ線観測部１２、他方の観測部をＸ線観測部１４として説明する。
【００３８】
図３は、本実施形態にかかる宇宙線複合観測システム２Ｂのブロック図である。この宇宙線複合観測システム２Ｂは、先の実施形態の宇宙線複合観測システム２Ａに対して、解析部１１ｆが追設された構成となっている。
【００３９】
そして、解析部１１ｆは、γ線観測部１２からの新しい観測データが格納部１１ｄを介して記憶部１１ｅに格納された際に、この観測データによるシャワー形状を解析して、γ線観測部１２で観測したデータがγ線によるものか否かを判断する。
【００４０】
具体的に説明する。γ線観測部１２における大気チェレンコフ望遠鏡は、反射鏡で集光したチェレンコフ光を複数の光電子増倍管により検出する。そこで、解析部１１ｆは、格納部１１ｄから受信した観測データから光電子増倍管でとらえた像の形を復元する。そして、空気シャワーを起こした親粒子が、陽子又は原子核であるか、γ線であるかの判断を、イメージング法を用いて行う。
【００４１】
このイメージング法に用いられるパラメータには、視野内の光子分布のシャワー形状と、方向を表すものとして重心角度α、幅ｗ、長さＬ、中心距離Ｄ等がある。図４は、これらのパラメータとシャワーの関係示した模式図である。幅ｗはシャワー形状を楕円（図４の点線の楕円）で近似したときの短軸方向の標準偏差、長さＬはこの楕円の長軸方向の標準偏差、中心距離Ｄはシャワー重心（Ｐ２）と視野中心（Ｐ１）との距離である。重心角度αは、シャワー重心（Ｐ２）と視野中心（Ｐ１）とを結ぶ直線（Ｐ４）と、楕円で近似したシャワー形状の長軸線（Ｐ３）との成す角度である。
【００４２】
入射した宇宙線（一次粒子）のシャワー形状は、ハドロンかγ線かにより異なる。そこで、解析部１１ｆは復元したシャワー形状からγ線を観測したか否かを判断する。図５はγ線によるシャワー形状、図６はプロトンによるシャワー形状を示した図である。各図の閉曲線は等エネルギー領域を示し、内側の閉曲線の方が高いエネルギーである。
【００４３】
γ線によるシャワー形状は楕円形状をなすが、プロトンのシャワー形状は概ね円形状をなす。そこで、閉曲線を楕円近似し、その短軸と長軸との比（短軸／長軸）が所定値以下の場合には、γ線と判断する。即ち、楕円の扁平度から判断する。
【００４４】
このようにしてγ線が観測されたと判断した場合には、解析部１１ｆは、観測方位を観測条件設定部１１ｃに通知する。観測条件設定部１１ｃは、解析部１１ｆから観測方位の情報を受信すると、Ｘ線観測部１４に観測を指示する。
【００４５】
これにより、一方の観測部で観測された宇宙線の観測方位に対する他の観測部での観測が自動で行えるようになり、γ線とＸ線との観測データが対応付して記憶部に記憶できるようになる。
【００４６】
この出願は、２０１２年９月２５日に出願された日本出願特願２０１２−２１１０３０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００４７】
２    宇宙線複合観測システム
１１    データ管理部
１１ａ    要求受付部
１１ｂ    検索部
１１ｃ    観測条件設定部
１１ｄ    格納部
１１ｅ    記憶部
１１ｆ  解析部
１２    γ線観測部
１２ａ    北天γ線観測部
１２ｂ    南天γ線観測部
【図１】
2014050024.tif 000003
【図２】
2014050024.tif 000004
【図３】
2014050024.tif 000005
【図４】
2014050024.tif 000006
【図５】
2014050024.tif 000007
【図６】
2014050024.tif 000008
【図７】
2014050024.tif 000009
【国際調査報告】
2014050024.tif 000010
2014050024.tif 000011