光赤天連シンポジウム
2030年代の中型計画をどうするか (2)惑星間宇宙望遠鏡
IPST – Interplanetary Space Telescope- ダストフリー天文学の創成
松浦 周二（関西学院大学）
EXZIT & IPST study group
CIBER & COBAND collaboration

地球近傍軌道望遠鏡の限界 - 黄道光による感度制限
地球から見た空の明るさ

将来の近地球赤外望遠鏡の感度

銀河光(星)

天文月報 2019年5月号

黄道光による限界

津村 & 松浦from OST mission concept study report次世代宇宙⾚外線望遠鏡z

深宇宙・⻩道⾯外
ダスト密度 低深宇宙・外惑星系
ダスト密度 低近地球 ダスト密度 ⾼

R⻩道光強度の対数(R =1auで規格化)

深宇宙での黄道光低減「ダストフリー天文学」
COBEモデルによる計算
波⻑1.25 µm, ⻩極⽅向0-1-2

2345
R : 太陽からの距離 [au]1R >3 au / z >1 au の惑星間空間では黄道光が地球近傍の ~1％• 点源のBackground-limited sensitivityを10倍以上改善• 拡散放射はかつてない高い測光精度が得られる

IPSTの科学目的 – 宇宙赤外線背景放射p 近赤外域 NIRl CIB超過問題の解明
l 初代星/PBH

p 中赤外域 MIR
l 背景放射の初検出
l 原初 銀河/AGN

p 遠赤外域 FIRl 背景ニュートリノ崩壊光子
l 原始水素分子収縮
l 初代重元素

宇宙背景放射スペクトル (周波数あたり, a.u.)n 究極精度での全赤外域の背景放射(CIB)の分光・マッピング
n 点源分解できない宇宙初期放射をCIBとして検出
黄道光（惑星間ダストによる前景放射）

CMB

ダスト熱放射102

太陽光散乱

宇宙背景ニュートリノ
崩壊光子
原始BH・初代星

101

100

原初銀河
・初代重元素原始水素分子系外銀河
積算光(IGL)

0.1 µm

1 µm

10 µm
観測波長

100 µm

1 mm近赤外CIB ‒ 超過成分の存在
これまでの近赤外CIB観測• 銀河ハロー星(IHL)• 未発見の矮小銀河• 再電離期(EoR)

銀河積算光より数倍明るい(一部は等方な黄道光の可能性) Zemcov et al. Science 2014      !



" #$% &$!
'()*&+ ,(#-!
'()*&+ .(
/ 0 1  $(

輝度超過

系外銀河の積算光










 23

可視光背景放射(COB)にも超過が見つかった• New Horizons (R = 51.3 AU)• 黄道光寄与がないCOB観測• 銀河積算光の >2 倍明るい
– NIRの結果(CIBER)と同様

Leuer et al. ApJL 2022

CIBERHSTアーカイブデータによるCIB測定• SKYSURF project• HST F125W,F140W, F160W• 7年間のデータ面輝度測定• 銀河積算光の寄与が小さい• 熱放射の寄与を差引• 大きなCIB超過成分あり– CIBERの結果と無矛盾

Carleton et al. 2022,
arXiv:2205.06347

CIBER(Matsuura+17)

世界初の中赤外CIB検出を目指す
p

MIR CIBは未開拓の研究領域

No direct CIB
detection in MIR~ short FIR
中赤外 ~ 遠赤外域•••

PBH, DCBH
z > 10 Balmerz > 40 Lyman

中赤外CIBによる再電離天体の検証
近・中赤外SEDからPBH説 を検証

Ha, [OIII], [NII]MIR bandz > 10 Balmerz > 40 Lymanx (1+z)
Hickox & Alexander ARAA 2018Lya
Cooray & Yoshida
MNRAS 2004

HaDwek et al. ApJ 2005

l 非標準理論
l 重い→ 軽いニュートリノ
光子モードで崩壊
7!
8g
7#
7"

𝐸! = 14~24meV (𝜆! = 51~89µm)
世界初の検出l 宇宙背景ニュートリノ
l ニュートリノ光子崩壊!"#$%&'()#*+,-.'//((0n 12345/#6

中・遠赤外CIBによる背景ニュートリノ崩壊光子の探索!"#$%&'()*++*,-01023

456.

.,/*0102'3*456<020=>'7?,296*,-'),/72$-678+672208'$-6748067/ &9+6
:608'3*456&*;;9+7'<02016*1'3*456$-6748067/';29=';8,)'4020=>'1,9-6+!"#$%$&'()*+µ,.g +,$/-

Matsuura et al. 2011, Kim et al. 2012

新たな深宇宙機システムの必要性
IPSTが必要とする深宇宙機システムの課題
l 深宇宙での電力確保
l 長期にわたる惑星間航行 (燃料消費)l 大容量の観測データ通信
ソーラーセイルによる限界突破ü 薄膜太陽電池 を装備（電力セイル）
ü イオンエンジン＋太陽光圧の高効率推進ü セイル膜を利用した超高ゲインアンテナ
c.f. New Horizons ~40kbps @5 AU

100m級ソーラーセイルによるIPSTの概念図

IPSTシリーズ探査機
IPST

IPST pathfinder

Mini Solar Sail

Micro Solar Sail

望遠鏡⼝径

1m

20 cm

10 cm~1 cm

観測波⻑

1 ‒ 100 µm(近⾚外〜遠⾚外)0.4 ‒ 20 µm / 70 µm
0.4 ‒ 2.5 µm(可視〜中⾚外 / 遠⾚外) (可視〜近⾚外)

0.4 ‒ 0.9 µm(可視光)探査機 (機器) 1,000 kg (200 kg) 200 - 300 kg (50 kg)

50 kg (10 kg)

5 kg (0.5 kg)

軌道

R >3au / ⻩道⾯外R >3au / ⻩道⾯外R ~2auSEL2規模

中型以上

⼩型〜中型

超⼩型〜⼩型

６U / 12U

打上げ期

2040年代?

2030-2040年

2030年<2030年

Full-size IPST

New OKEANOS ?

NASA NEA
6U Micro
Scoutsolar(2021)
sailMini sail･IPST pathfinder の深宇宙 / 黄道面脱出軌道
l 打上げ ~ EDVEGA ~ 木星スイングバイで黄道面脱出
l ソーラー電力セイル (太陽光圧＋イオンエンジンのハイブリッド推進)による太陽極軌道 (z = 1 au) への投入
p R>3AU直接投入はイプシロンロケットでは難しくH3が必要
p イオンエンジンとスイングバイを組合せたEDVEGAが有望
ソーラー電力セイル OKEANOS

木星地球軌道〜50m
資料元：ISAS 高尾 氏

超小型ソーラーセイルによる技術実証••••

6U機を太陽-地球L2ハロー軌道へ投入
太陽光圧を利用した無燃料の長期停留
安定温度環境下での高精度測光観測 (黄道光, 銀河光, COB)
2030年までに打上げ

軌道例

太陽-地球固定回転座標系
⽉軌道
太陽

軌道上の⽮印は推⼒ベクトル（光⼦加速，推進系）
⽬標ハロー軌道フェーズ(1)
地球フェーズ(2)フェーズ(3)

MIR機器に必要な技術
l 極低温冷却システム( 望遠鏡 ~30K @5AU, 検出器 ~10K ) by ISAS 赤外G
p 深宇宙用 放射冷却・断熱機構の開発
p 軽量 10K級 2段ST冷凍機の開発

l MIR検出器 (l>20µm) NEP < 10-18 W/√Hz

p Si BIB (ISAS赤外G), 超格子 (JAXA地球観測技術FL), CSIP (東大, NICT)LW MIR観測のためには重点的な開発研究が必要
Pathfinder要求 l<20µm は入手可 (e.g., HgCdTe) + Pipher, Zemcovらと共同

AKARI ST冷凍機

ISAS 鈴木 氏による熱検討

ISAS 和田 氏による検出器検討

多分野共同ミッション
IPST計画は光赤外天文だけでなく他分野との共同ミッション
例：OKEANOS(木星トロヤ群探査)のクルージング科学

l 探査工学

外惑星系・黄道面外探査

l 太陽系科学/ 太陽物理

黄道光観測・惑星間ダスト捕獲
小惑星フライバイ観測
惑星間プラズマ・CME観測
太陽極域観測（黄道面脱出）…

ISAS中型GDI３分野の共同で行えるミッション

IPST ~ 惑星間空間からの新しい天文学 ~l理工一体で開発する革新的な宇宙機
lCIBを軸とする革新的な天文学
l日本オリジナルの挑戦的計画