「はやぶさ」リエントリーの地上観測石原吉明（国立天文台 RISE月探査プロジェクト）「はやぶさ」リエントリー地上観測チーム

2010年7月28日水曜日

本日のお話• 観測の背景•• 流星・火球・隕石落下の研究• カプセルリエントリーは隕石落下である
オーストラリアでの観測•• WPA見渡す限り地平線・4WDで疾走• 観測点設置取得データ・初期解析結果の紹介• リエントリー画像・動画• 音も聴こえた！！
• インフラサウンド・地震計測結果

2010年7月28日水曜日

流星・火球• 最も馴染み深く、親しまれている天文現象• しし座γ流星群やペルセウス座γ流星群などの群流星や散在流星流星体が地球大気と衝突し発光する現象•• 一般に金星よりも明るい流星を火球と呼ぶ• ごく希に燃え尽きずに地表に達したのが「隕石」

2010年7月28日水曜日

流星研究 -1• 群流星の出現予測• しし座γ流星群などでは、流星体の軌道計算をもとに、数分-数十分程度の精度で予測可能• 流星体の組成•• 流星の分光観測…
• Leonid MAC＝彗星観測との位置づけで1998-2002
落下経路• パトロールカメラ（写真・ビデオ）• 北米・ヨーロッパでは軍事衛星によるIRデータ<=データアクセスに問題• 目撃証言=精度の点に問題

2010年7月28日水曜日

流星研究 -2• 発光メカニズム・アブレーション•• 一応理論はあるが、不明な点多数• 分光観測... 何が光っているのか？
落下中の流星体の挙動•• まだまだよくわかっていない。
元となるデータ•• 光学観測データ
光学データ以外に使えるデータは？

2010年7月28日水曜日

新たな流星研究 -1• 流星体が地球大気と衝突することにより…
• 発光する現象✴衝撃波を励起する現象• 流星はMeteoroidが超音速で大気中を飛行(11-71km/s)✦ 波面が円錐形の衝撃波• Meteoroidは、内部衝撃波が自身の結合強度を上回ると、爆発分裂する。
✦ 波面が球形の衝撃波
2010年7月28日水曜日

新たな流星研究 -2• 観測網の発達• 微気圧計測網• 核実験探知目的• 火山の爆発的噴火観測目的• 地震観測網✦衝撃波は地表に達すると地面とカップリングし地動を励起。
✦微小地震観測を目的として展開された短周期地震計が地動を感知• 衝撃波の到着時データ• 衝撃波を励起したMeteoroid(火球)の落下経路• 衝撃波の振幅データ• 衝撃波の振幅は、流星体の大きさや速度に依存していると考えられる• AblationによるMeteoroidの落下中のサイズ変化を導き出せる可能性

2010年7月28日水曜日

地震計に記録された衝撃波
0.42

Up

Shock Wave
Arrival
Down
0.00

SAW

-0.42
77

78

79

Time (s)1998年宮古火球による衝撃波が励起した地動
東北大学沢内観測点上下動成分の波形

大学関係

気象庁
2010年7月28日水曜日

Hinet

Seismic Detection of
the 2003 Kanto Bolide

X 2 + Y2− Z = v(t − t0 )tan β
sinβ = c/ v⎛ X ⎞ ⎛ cosγ sinθ€⎜ Y ⎟ = ⎜ − sin γ⎜ ⎟ ⎜⎜ Z ⎟ €⎜⎝ ⎠ ⎝ cos γ cosθsin γ sinθcosγsin γ cosθz (zenith)− cosθ ⎞ ⎛ x − x0 ⎞⎟ ⎜⎟0 ⎟ ⎜ y− y0 ⎟sinθ ⎟⎠ ⎜⎝ z ⎟⎠Nagasawa and Miura (1986)€

FireballZγ(x0,y0,0)x (south)

Ref. time = 22:10:00
2010年7月28日水曜日

θYy (east)

X[Ishihara et al. , 2004, GRL]

Seismic Detection of
the 2003 Kanto Bolide

X 2 + Y2
− Z = v(t − t0 )tan βsinβ = c/ v

⎛ X ⎞ ⎛ cosγ sinθ€⎜ Y ⎟ = ⎜ − sin γ⎜ ⎟ ⎜⎜ Z ⎟ €⎜⎝ ⎠ ⎝ cos γ cosθsin γ sinθcosγ
sin γ cosθz (zenith)− cosθ ⎞ ⎛ x − x0 ⎞⎟ ⎜⎟0 ⎟ ⎜ y− y0 ⎟sinθ ⎟⎠ ⎜⎝ z ⎟⎠Nagasawa and Miura (1986)€FireballZγ(x0,y0,0)x (south)

Ref. time = 22:10:00
2010年7月28日水曜日

θYy (east)

X[Ishihara et al. , 2004, GRL]

Trajectory of2003 Kanto Bolide
SearchGridOptimum Value andParameter
Domain Interval Confidence Intervalv [km/s]
11 ~ 301.0
14.0 +10/-3x0 [km]0 ~ 1801.0
80 +7/-7y0 [km]0 ~ 150
1.0
99 +6/-7γ [º]210 ~ 2500.5
229.5 +1.5/-1.5
θ [º]10 ~ 300.5
15.5 +1.0/-1.0
t0 [s]
0 ~ 100
1.0
68 +8/-8*The origin is (36 ºN, 141ºE, 0) at 22h06m40s JST.

2010年7月28日水曜日

神戸隕石• 日時 : 1999年9月26日 20時22分頃• 落下地点: 兵庫県神戸市北区• 隕石種: CK-4 (Tomeoka et al., 2000)• 回収質量: 136 g• 未回収分を含めるともう少しありそう？
• 地震観測点7点で衝撃波シグナルを検出

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

Meteoriod Size Estimation
Using Seismic Data
Work Flow
Shock Wave Signal-Ground Motion- Ben-Menahem and Singh [1981] Shock Wave Signal-Atmospheric OverpressureTrajectory of the Meteoroid
Source Altitude
Slant Range

ReVelle [1976] Equation 14 and 25.
Meteoroid Size (Mass)

2010年7月28日水曜日

Arrival time
Amplitude

Ground Motion Amplitude
to Shockwave Overpressure2ω (λ + µ ) ⎛ µ ⎞Δp =⎜
⎟ uz− Cˆ⎝ λ + µ ⎠Δpω	µ	λ	uzCˆĈ-Ben-Menahem and Singh [1981]-…shock wave overpressure at the station [Pa]…angler frequency of ground motion [rad/s]
2…ﬁrst Lamé’s parameter of the stationµ = ρv s22…second Lamé’s parameter of the station
λ = ρ(v p − 2v s )…vertical ground displacement [m]…apparent velocity of the shock wave [m/s]€€2010年7月28日水曜日

Shockwave Overpressureto Meteoroid Size
R0 ≈ M · dm

R0	M	dm	

…conical shock wave relaxation radius [m]…Mach number of meteoroid…meteoroid diameter [m]- ReVelle [1976] Equation 14 12⎞⎛ pz ⎞
Δp 2γ ⎛0.4503=⎜⎟⎜ ⎟
2 38
p0 γ + 1 ⎝ (1+ 4.803x ) −1⎠⎝ p0 ⎠

x = R / R0
Δpp0	pz
γ	R	R0	

2010年7月28日水曜日- ReVelle [1976] Equation 25 -…shock wave overpressure at station [Pa]…hydrostatic pressure at station [Pa]…hydrostatic pressure at source altitude [Pa]…the ratio of the speciﬁc heat of air at constantpressure to that at constant volume (=1.4)…radial distance from the source [m]…conical shock wave relaxation radius [m]Seismical Estimation ofAblation / Fragmentation /Size of Meteoroid[Ishihara, 2004, Ph.D. thesis @ Kanazawa Univ.]
2010年7月28日水曜日

Seismical Estimation ofAblation / Fragmentation /Size of Meteoroid[Ishihara, 2004, Ph.D. thesis @ Kanazawa Univ.]
2010年7月28日水曜日

Parameters of
HAYABUSA Reentry• Date and Time: June 13, 2010 / 14:00 UT• Location: Woomera Prohibited Area @ Australia• V : ~ 12 km/s
• Size: 40 cm (capsule)• Material: Carbon Phenolic (heat shield)
int

2010年7月28日水曜日

Parameters of
HAYABUSA Reentry• Date and Time: June 13, 2010 / 14:00 UTlArea@Australiaaic• Location: Woomera Prohibitedfiitradr
ihteht!
km/s!
slil• V : ~ 12afe
Thistiroetem
Size:
40cm(capsule)•• Material: Carbon Phenolic (heat shield)
int

2010年7月28日水曜日

130˚125˚ï25˚135˚140˚145˚
ï25˚

ï30˚

ï30˚

ï35˚

ï35˚

ï40˚125˚134˚ï29˚130˚

135˚

140˚

GOS
Observations

ï40˚
145˚135˚

136˚

Optical Tracking
Spectroscopy

137˚✴ Optical Tracking
ï29˚-

ï31˚

ï30˚

Optical Tracking / TPS-

ï31˚

135˚136˚

137˚
km2025

2010年7月28日水曜日

3035

40

4550

-

Determination of What Elements Emit Lightin the Meteor Head and Wake.

✴ Infrasound / Seismic

50 km134˚

Measurement of the Heating History of TPS✴ Spectroscopy

Infrasound / Seismic

Optical Tracking
Spectroscopy

Determination of Trajectory✴ TPS Science

Optical Tracking
Infrasound / Seismic
Infrasound / Seismic

ï30˚--

Detection of Shockwaves Generated byHypersonic Flight of Capsule and S/C.
Detection of Shockwaves Generated by
Energetic Fragmentations of S/C.

130˚125˚ï25˚

135˚140˚145˚ï25˚

ï30˚

ï30˚

ï35˚ï35˚ï40˚
125˚
134˚

ï29˚

130˚

135˚

140˚

GOS
Observations

ï40˚
145˚

135˚

136˚

Optical Tracking
Spectroscopy

137˚✴ Optical Tracking
ï29˚-

ï31˚

ï30˚

Optical Tracking / TPS-

ï31˚

135˚

136˚

137˚km2025

2010年7月28日水曜日

30

35

40

4550-

Determination of What Elements Emit Lightin the Meteor Head and Wake.

✴ Infrasound / Seismic

50 km

134˚

Measurement of the Heating History of TPS✴ Spectroscopy

Infrasound / Seismic

Optical Tracking
Spectroscopy

Determination of Trajectory✴ TPS Science

Optical Tracking
Infrasound / SeismicInfrasound / Seismic

ï30˚--

Detection of Shockwaves Generated byHypersonic Flight of Capsule and S/C.
Detection of Shockwaves Generated by
Energetic Fragmentations of S/C.

Previous Plan...

Plan-1

2010年7月28日水曜日

Plan-2

Previous Plan...
noit
ci!
r!
est
RCA
I
X
TJA
S&I
ail
L
EA
Austra/Rytl
Nuc
U tion Diffi

dLimiteIerapO/tsnemuns t rPlan-1

2010年7月28日水曜日

Plan-2

Infrasound / Seismic
Instruments• Chaparral Physics Model-2 ×2• Chaparral Physics Model-25 ×3• 4.5 Hz vertical velocity type seismometer x 20
• 4.5 Hz tri-axes velocity type seismometer × 2✓ DATAMARK LS-7000✓ DATAMARK LS-8200SD

2010年7月28日水曜日

135˚

134˚

136˚

137˚

Coober Pedy GOS4

ï29˚

ï29˚

GOS2
GOS2A
ï30˚

ï30˚

GOS2B

GOS1
Tarcoola GOS3

Glendambo

ï31˚

ï31˚

Woomera

50 km

135˚

134˚

RCC

136˚

137˚km20
2010年7月28日水曜日

25

30

35

40

4550

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

135˚134˚136˚137˚

Coober Pedy GOS4

ï29˚

ï29˚

GOS2
GOS2A
ï30˚

ï30˚

GOS2B

GOS1
Tarcoola GOS3

Glendambo

ï31˚

ï31˚

Woomera

50 km

135˚

134˚

RCC

136˚137˚km20
2010年7月28日水曜日

25

30

35

40

45

50

Location of
Infrasound / Seismic
Stations

2010年7月28日水曜日

Location of
Infrasound / Seismic
Stations

2010年7月28日水曜日

Rough Estimate ofInfrasound Amplitudeat Each Station

1.78 Pa
1.95 Pa
2.23 Pa2010年7月28日水曜日

Observation Sites
134.6˚

135.2˚135˚134.8˚

135.4˚ï29.6˚ï29.6˚

GOS2

ï29.8˚ï29.8˚

GOS2A

ï30˚

ï30˚
5 km

GOS2B
ï30.2˚ï30.2˚ï30.4˚ï30.4˚
134.6˚

135˚134.8˚

135.2˚

135.4˚km10
2010年7月28日水曜日

15

20

25

30

354045

Infrasound-Seismic Array*26$UUD\ (GOS2)
Observationï ï ï ïï
ï

ï

ï














ï

★ 微気圧計／地震計●地震計ï

ï

ï

ï

ï

ï

S2ï
S5ï

ï


S4



P, TS


S1




S3ï ï ï ïïï



Array geometry will be measured using totalstation.
2010年7月28日水曜日

Infrasound-Seismic Array*26$$UUD\Observation(GOS2A)ï ï ï ï ï ï ï ï ï ïïï        ï★ 微気圧計／地震計●地震計ï
ï

ï

ï

ï

ï
S5

ï

ï

P1, S1

ï

ï

ï

ï

ï

ï







P3, S3

TS







S6




2010年7月28日水曜日

P2, S2S4

ï ï ï ï ï ï ï ï ï         

Array geometry will be measured using totalstation.

Infrasound-Seismic Array*26%$UUD\Observation(GOS2B)ïïïïïïïï












ï

★ 微気圧計／地震計●地震計ï
ï

ï
S4ï

ï

ï

ï
S3ï


ï


P, S1














S2

ï




ï

ï

ï

ï

ï















Array geometry will be measured using totalstation.
2010年7月28日水曜日

Observation Sites
134.6˚

135.2˚135˚134.8˚

135.4˚ï29.6˚ï29.6˚

GOS2

ï29.8˚ï29.8˚

GOS2A

ï30˚

ï30˚
5 km

GOS2B
ï30.2˚ï30.2˚ï30.4˚ï30.4˚
134.6˚

135˚134.8˚

135.2˚

135.4˚km10
2010年7月28日水曜日

15202530354045

Why Array Observation?
• Easy & Robust Detection of Shockwave Signal(s).
• To Estimate Direction of Shockwave Arrival(s).
➡ F-K Spectrum (Beam Forming / MUSIC)๏ independent estimation by particle motion oftri-axes (vertical / n-s / e-w) seismogram• To Estimate Elastic Parameters of Ground.
➡ Seismic Interferometry➡ Array Analysis (e.g., SPAC)
2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

野犬にズタズタにされたGOSアンテナケーブル

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

2010年7月28日水曜日

Obtained Data
• Photos• Movies• Spectrum• Infrasound Signals at 3 stations• Seismic Signals at 6 stations• Audible Sound Signals !!
2010年7月28日水曜日

Audible Sound
Infrasound Sensor B.P.F. 20-45 Hz

Mic. L-Channel B.P.F. 20-45 Hz

Mic. R-Channel B.P.F. 20-45 Hz
2010年7月28日水曜日

GOS2 waveform
微気圧変動
地動変位（上下）2010年7月28日水曜日

GOS2A waveform
微気圧変動

地動変位（上下）2010年7月28日水曜日

GOS2B waveform
微気圧変動
地動変位（上下）2010年7月28日水曜日

GOS2 particle motion
地動変位（上下）

地動変位（南北）

地動変位（東西）2010年7月28日水曜日

GOS2 particle motion
地動変位（上下）

地動変位（南北）

地動変位（東西）2010年7月28日水曜日

GOS2 particle motion
地動変位（上下）

地動変位（南北）

地動変位（東西）-175 º2010年7月28日水曜日

Array Analysis(GOS2 1-10Hz Band)
MUSICBeam
4NSïSlowness [s/km]

32
10
ï1
ï2
ï3
ï4
ï4

ï3

ï2

ï1012

EWïSlowness [s/km]
2010年7月28日水曜日

34

ï4

ï3

ï2

ï10

12EWïSlowness [s/km]34

Array Analysis(GOS2 1-10Hz Band)
MUSICBeam4NSïSlowness [s/km]

32
10
ï1
ï2

メインパルス

ï3Azimuth -173.9 ºSlowness 2.36 s/km

ï4
ï4

ï3

ï2

ï10

12

EWïSlowness [s/km]
2010年7月28日水曜日

34

ï4

ï3

ï2

ï10

12

EWïSlowness [s/km]

34

SUMMARY• HAYABUSA have Returned to the Earth at 13thJune, 2010.

• HAYABUSA Reentry is Good Analogue ofMeteorite Fall.

• We have Done Some Kinds of Observations as
Follows...

✴ Optical Tracking-Determination of Trajectory✴ TPS Science-

Measurement of the Heating History of TPS✴ Spectroscopy-

Determination of What Elements Emit Light in the Meteor Head and Wake.

✴ Infrasound / Seismic-

2010年7月28日水曜日

Detection of Shockwaves Generated by Hypersonic Flight of Capsule and S/C.
Detection of Shockwaves Generated by Energetic Fragmentations of S/C.