かぐやのVLBI観測の現状と今後の計画

国立天文台 花田英夫・VRADチーム*・VERAチーム***国立天文台RISE推進室、JAXA、九州大学、東京大学**国立天文台水沢VERA観測所、鹿児島大学

PI：花田英夫
Sub PI : 岩田隆浩
RSAT PI : 並木則行
RISE/NAOJ : 浅利一善, 石原吉明. 石川利昭, 河野宣之,
菊池冬彦, 佐々木晶, S. Goossens, N. Petrova,
鶴田誠逸, 野田寛大, 松本晃治, 劉 慶会
VERA/NAOJ : 岩館健三郎, 寺家孝明, 亀谷 收, 柴田克典,
田村良明,
VERA/鹿児島大学：中川亜紀治
Shanghai Astronomical Observatory: X. Hong, J. Ping,
X. Huang, X. Bo, T. An
Urumqi Observatory : N. Wang, Y. Aili, Wenjun, Zhanghua
University of Tasmania, Hobart : S. Ellingson, B. Reid,
J. McCallum
Fundamental Station Wettzell : W. Schlüter, G. Kronschnabl

Configuration of VRAD in SELENE(Kaguya)
Rstar (VRAD-1)(100×2,400km)
Carriers(S/X)

VLBI stations

Vstar (VRAD-2)(100×800km)

QuasarDistribution of VLBI stations for SELENE
Wettzell
Urumqi
Iriki

Mizusawa

Shanghai
IshigakiOgasawara

HobartAfter LiuVLBI Observation of Okina(Rstar)/Ouna(Vstar)2007
8 9 10 11 12
Launch2008
1 2 345678

9 10 11 12

Rstar Separation
Initial checkout

ExtendedNormalKAGUYA Mode
Intensive Normal

Intensive

VLBI Mode
Rstar Full Sunshine
VERA Maintenance89 10 11 121 23456789 10 11 12

Record of VLBI observation of SELENE (Kaguya)International Observation

15

2007/11

10

VLBI観測の時間数

Nov

50
1234567

8

9

10

11

1215

131415

16

1718

1920

21

2223

24

25

26

27

28

2930

2007/12105Dec

0
1

2

3

4

5678910 11 12 13 14 151516 17 18 19 20 21 2223 24 25 26 27 28

29 30 311623292008/01

105Jan01234567891510111213141517181920212224252627283031

2008/02

105Feb012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29152008/03

105Mar01152345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

VLBI観測の時間数 2008/04

1050

解析終了

Apr

12

345678915

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

2008/05

1050VERA

国際May

1234567892010 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 312008/061510

解析未了Jun5012345678910 11 12 2008/07
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 311510VERA

国際Jul

50相関処理結果の例「おきな」と「おうな」の相対位置の時間変化
縦軸：「おきな」と「おうな」の信号の到達時間差（単位ナノ秒）、
横軸：時刻

120秒積分のX帯の位相遅延の精度0.2ps（月面上数cmに相当）

菊池他（2008）

Overlap results and including VLBI data
during edge-on geometry Jan. 27-28, 2008
Model/data

Rstar overlaps (meters)
radialalong

Vstar Overlaps (meters)

cross

total

radial

along

cross

total

0.43

2.80

12.44

未公開

12.76

4.55

26.84

232.3

233.9

0.49

1.94

6.56

6.86

1.33

5.36

6.63

8.63

SGM100fc / DR

0.67

3.55

17.48

17.86

4.86

34.12

26.59

43.53

SGM100fc / DRV

1.47

3.31

9.23

9.92

0.54

2.07

3.77

4.34

LP100K / DR
LP100K / DRV

Data weights used: Doppler 2 mm/s, range 5 m, VLBI 20 cm
DR: Doppler/range, DRV: Doppler, range, VLBI, SGM100fc includes VLBI data
松本他（2008)

Degree 2, moment of inertia and estimated k2 value
Model/reference

k2 ± error

C/MR2 ± error

LP165P

0.026 ± 0.003

0.3932 ± 0.0002

SGM90e0.0232 ± 0.0017

0.3933 ± 0.00013

SGM100fc

0.0211 ± 0.0016

0.3932 ± 0.00009

Goossens and Matsumoto 2008 0.0213 ± 0.0075(GRL), incl. 1 cpr accelerations
for LPSame as LP165P

Idem, no 1 cpr accelerations for 0.0244 ± 0.0008
LP (same LP processing as
SGM models)Same as LP165P

LLR

Same as LP165P

未公開

0.0210 ± 0.0025

k2 sigma’s are ten times formal error; C/MR2 sigma’s are based on fivetimes formal error of gravity coefficients
松本他（2008)

Comparison between LP100K and SGM100fc

未公開

Far-side

Near-side
松本他(2008)

Topography from LALT (Laser ALTimeter) data

未公開

荒木他（2008)

Bouguer anomaly
Crustal density = 2800 kg m-3

FHT

PKT

未公開

SPAT

FHT：Feldspathic Highlands Terrain、SPAT：South Pole-Aitken Terrain、
PKT：Procerallum KREEP Terrain

並木他（2008)

4-way ドプラー観測の領域

未公開

4-wayドプラー観測データの残差（LP100Kとの比較）（Goossens他、2008）

かぐやの延長ミッション（後期運用）の計画案
フェーズ１（平成１９年１１月から２０年３月１８日頃まで）
現行の軌道で現状の観測を継続する。４-wａｙの観測が重点。
ただし「おきな」は２月中旬に落下することが予想される。
フェーズ２（２０年３月21日頃から４月30日頃まで）
軌道を５０ｋｍ±２０ｋｍに下げて磁場等の観測が重点

未公開

フェーズ３（２０年５月１日頃から５月下旬まで）
南極エイトケン盆地、北極付近を重点に近月点高度数10kmの楕円軌道で磁場、地形観測等を行う

「おきな」落下までの観測計画■これまで順調に観測を継続しているが、高緯度地域等の観測データが不足している領域が存在するので、定常観測期間に補えない部分を中心に延長ミッションで観測を継続したい。
■その場合には「おきな」の軌道精度を維持するためにVLBI観測を合間に行うことが重要である。
■また、月の慣性モーメントに関係する重力場の２次の係数をこれまでより一桁以上向上させるもう一つの観測目標についても、観測期間が長ければ長いほど高精度の重力場モデルを構築できる。
■したがって「おきな」が月面に落下するまでは、「おきな」と「おうな」のVLBI観測を定常観測と同様な頻度で行いたい。

おきな落下後の観測方針■定常観測期間の「おうな」の運用頻度は「おきな」に比べて少ないた
めに、太陽輻射圧等の衛星の工学モデルが「おきな」に比べて高い精度で求まらない可能性がある。
■「おうな」の延長ミッションを行い、衛星の工学モデルの精度を向上することができれば、ノミナルと延長を合わせた長期間のデータを１月程度の長いアーク長で再解析することによって、重力場の２次の係数を1×10-10（当初目標の約５倍）まで向上させ、中心核の密度ばかりでなく内核の存否までを確認することが期待できる。
■「おうな」単独、「おうな」と主衛星、「おうな」とクエーサーとの相対VLBI観測では、「おきな」と「おうな」の相対VLBI観測ほどの高精度は期待できないが、ドプラー観測、測距と組み合わせることによって上記目的を達成することができる。
■そのために必要なVLBI観測の頻度については、これまでの主衛星やクエーサーとの相対VLBI観測の解析結果を評価した上で決める必要があり現在検討中である。

今後の課題• かぐやのミッション期間の観測を継続する• 重力場解析に使用するVLBIデータ数を増やす• 「おきな」と「おうな」の軌道長をより長くする→ 重力場の低次項の精度をより向上させる• 主衛星の姿勢データを取り込む• 地球物理学的な解釈

謝辞
RSAT/VRADミッション機器とおきな(リレー衛星）・おうな（VRAD衛星）の開発に尽力いただいた
NEC東芝スペースシステムズ，日本アンテナ，日本飛行機の技術者諸氏，並びにかぐや(セレーネ)プロジェクトを支えるスタッフメンバーに深く感謝します．
VERA局および外国局のVLBI観測に協力頂いたみ
なさま、IVSの委員会のDirk Behrend氏、小山康弘氏に感謝します。
このミッションは故冨家文穂氏の卓越した知識と技術がなければ成し遂げられませんでした．氏の夭逝を悼み，謝意を表します．