光赤天連シンポ2015	  	  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	
光赤天連シンポ@国立天文台三鷹 2015．9．15	

宇宙赤外線背景放射の観測	
宇宙進化研究の重要課題	  	  初代天体や再電離期の観測	  宇宙初期の紫外線	  	  赤方偏移		  近赤外線宇宙背景放射	  CIB:	  Cosmic	  Infrared	  Background	  	  	   ー

個別検出不可の小天体	  → 積算光を捉える	  	  	  

	38万年

現在の宇宙		  10-36秒

初誕代 再生星 電離？	  	

光赤天連シンポ@国立天文台三鷹 2015．9．15		

アクシオンなどのダークマター粒子の崩壊光子の探索としても重要	  再結合

1億年

10億年

100億年	

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 CIBERAKARI	

Black Brant VC
MK1 + Terrier MK70

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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]	
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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？

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)

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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は搭載機器の１つ）	  • 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	  • 探査機システム要求審査	  SRRへ向けて検討継続	  〜50m	
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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	

木星 (5.2AU)	

＜サイエンス＞	
＜スケジュール例＞	
Ⅰ．クルージングフェーズ	
・2023年：打上げ	
・宇宙赤外線背景放射の観測	・2025年：地球スイングバイ	
観測	
・惑星間ダストのその場計測	
・2029年：木星スイングバイ	
・ガンマ線バーストの観測	・2037年：トロヤ群小惑星到着	
・その他、惑星間磁場の計測など	
子機の着陸・試料採取・その場分析	
Ⅱ．ランデブーフェーズ	
・2039年：トロヤ群小惑星出発	
・トロヤ群小惑星の観測	・2049年：地球帰還	
・トロヤ群小惑星の試料分析	
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EXZITの仕様	
EXZIT	  spec	

Vis	  cam	Vis-­‐NIR	

波長	0.4-­‐0.6	  μm	0.6-­‐2.5	  μm	 5-­‐10	  μm	λ/Δλ	3	30	

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	10’	  x	  4	  deg	

検出器	HgCdTe	  512^2	  Pixel	  FOV	0.5’	  x	  0.5’	

冷却方式	

MIR（op9on）	
20	

10’	  x	  4	  deg	HgCdTe	  128^2	  2’	  x	  2’	

放射冷却	

検出器温度	

<	  90	  K	<	  40	  K	望遠鏡温度	

<	  140	  K	<	  70	  K	検出限界（1day,	  3σ）	サイズ	  重量	  データ量	

λIλ	  ~	  1	  nWm-­‐2sr-­‐1	  CIB	  S/N	  >	  100	  ~400^3	  mm3 （シールド除く）	  10	  kg	  ~1MB	  /	  day	  光赤天連シンポ@国立天文台三鷹 2015．9．15	

約10kg増	SPS探査機のシステム検討	
探査機システム• システム要求審査へ向け，年度内にシステム担当メーカーとの詳細検討完了• 科学観測機器とのI/F
赤外・ガンマ線天文観測
小惑星リモート観測
ダスト＆プラズマ計測
小惑星ランダー（子機）• DLRとの共同検討• サンプラー，質量分析器• その場分析機器
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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

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XMGA

EXZIT	

XSC
STT-B

YSC

ZSC

SPSによる観測の課題	
• 探査機スピンの軸変動による，ポインティング
精度の悪化	  • 反太陽面からのイオンエンジン廃熱による，
熱放射迷光，温度安定性の問題	  • データ通信量の制限	  – 深宇宙〜地球間距離	  – HGアンテナ指向安定性	  光赤天連シンポ@国立天文台三鷹 2015．9．15	

SPS/EXZITの開発状況	
EXZITシステムI/F検討（~2016）• 機器温度要求に対するシステム成立性• イオンエンジンXeガスによる光学素子スパッタリングの影響• 諸課題の改善検討
EXZIT要素開発（~2016）• 分光フィルター（LVF）– CIBER-2搭載用近赤外LVFの試験，中赤外LVFの試作• 検出器– CIBER-2搭載検出器（HAWAII-2RG）の特性試験中

プロジェクトスケジュール（案）2016 プリプロジェクト，2017 第一次設計，PFM開発
2018 本設計，2019 FM製作，2020 試験
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EXZITの意義	
• CIBER-­‐2（日米韓），NISS（KASI），SPHEREx（NASA）など，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絶対値問題は，2020年代に積み残される．	  
• 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	  光赤天連シンポ@国立天文台三鷹 2015．9．15	

EXZIT powered by SPS~ 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	  SPHEREx
NASA	  Explorers	  Program,	  Astrophysics	  Small	  Explorer	  Mission	  PI	  	  Jamie	  Bock	  (Caltech/JPL)ほか CMB関係者中心	  	  可視近赤外線（波長0.8-­‐5μm,	  R=40）全天分光サーベイ	
• 宇宙論	  –	  銀河大規模構造，非ガウス性・インフレーション検証	  • 銀河形成と進化 –	  CIB分光測定，ダークエイジから現在まで	  • 水と生命の起源 –	  銀河系内天体H2O氷サーベイ（R=150）	  	  現状	  • KASI（韓国）参加表明，日本の参加協議中	  • 2015年6月 3提案が第2段階Phase-­‐Aに選定	  • 概念設計（Phase-­‐A	  study）開始	  • 2017年までに最終選定，2020-­‐21年打上げ	  SPHEREx 宇宙論パラメータ決定• 銀河SEDフィット（特に1.6μmバンプ）による大規模構造観測	  • 非ガウス性 fNL，原始密度ゆらぎスペクトル ns，αs，曲率 ΩK	  • 全天分光サーベイは，特に，統計量と赤方偏移精度の両方が重要な fNL	  で優位性	  – High-­‐z観測が重要な ΩK	  やDark	  energyではEUCLIDが優位	  SPHEREx 日本の参加可能性• CMB含む宇宙論分野	  • CIB含む銀河形成論分野	  • 全天分光マップ	  あらゆる分野にとって貴重なデータベース	  • TMTやSPICA稼働前，2020年代前半の光赤外天文学に重要なミッション	  • 日本の参加	  – 2016年半ばCSR前が最後の機会（2015年内か？）	  – ハードウェア貢献はやや難しいが，データ解析や周辺機器，人的寄与などについては可能