スペース太陽観測の装置開発
sakao@solar.isas.jaxa.jp
">


Photosphere/VL

Photosphere/Mag. distribution

The Sun atvarious
atmosphericlayers

Chromosphere/HαCorona/Soft X-ray

Interplanetary/VL（http://trace.lmsal.com/POD/
NAS2002_otherimages.htmlより）

地球大気による電磁波の吸収

紫外線

電波

赤外線可視
光

Ｘ線

γ線

（小田稔「宇宙線」）

宇宙からの太陽観測‘50 ‘60‘70‘80

OSO-5/7‘90
Yohkoh/ようこう

Hinotori/ひのとり‘00‘10RHESSI

Hinode/ひのでOGO-1/3/5

69/71
OSO-802

91
SMM

75

気球
観測

Skylab801391

IMP6-871-73

Ulysses

IRIS

SoHO
SDO

98957306

TRACE

CGRO

64/66/68
気球による硬X線の検出 （59）V-2 ﾛｹｯﾄによる軟X線の検出 （48）81

STEREOCORONAS 94

WIND
90

ACEPSP
97

94

09

06

18

Solar Orbiter
GOES Series
20日本のスペース太陽物理学
ようこう/SOLAR-A（1991-2001）

188kg

ひのとり/ASTRO-A（1981–1982）
太陽フレアのX線・γ線観測$134
#

390kg
硬X線フレアと軟X線コロナ

ひので/SOLAR-B（2006–）
900kg

光球面磁場と軟X線・EUVコロナ

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28:?8#6;?92!

ひのとり衛星 (1981-82); ~190kg– X線望遠鏡(すだれコリメータ)、X線精密分光計、X線スペクトル計
ようこう衛星 (1991-2001); ~390kg
これ まで の 開 発– 軟X線望遠鏡のCCDデータ処理部– 硬X線望遠鏡
XUVドップラー望遠鏡 [ISAS観測ロケット] (1998)– 直入射多層膜ミラー– 裏面照射型CCDカメラ– 可動副鏡機構と制御用センサ
太陽フレア硬X線スペクトル計 [ISAS気球実験] (2002)– CdTeスペクトル計
ひので衛星 (2006-); ~900kg
現 役 で観 測 中– 可視光磁場望遠鏡の望遠鏡部・光学設計– X線望遠鏡のCCDカメラ– コンタミネーションコントロール
CLASPシリーズ [NASA観測ロケット] (CLASP 2015, CLASP2 2019, CLASP2.1 2021)– 望遠鏡部、光学素子、偏光変調装置(可動機構)
FOXSIシリーズ [NASA観測ロケット] (FOXSI-3 2018, FOXSI-4 2024 打上げ予定)– 軟X線CMOS検出器 (、硬X線ミラー、硬X線検出器)
SUNRISE-3 [ドイツ等国際気球実験] (2022飛翔予定)
現在進行中!!
– 近赤外線偏光分光装置
イプシロン衛星計画 (2020年代中頃〜)– 公募型小型4号機 SOLAR-C_EUVST … 衛星開発検討、超高精度太陽姿勢計、可動機構– 将来衛星計画 (PhoENiX) … 精密X線ミラー、軟X線CMOS検出器 à X線光子計測

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28:?8#6;?92!

ひのとり衛星 (1981-82); ~190kg– X線望遠鏡(すだれコリメータ)、X線精密分光計、X線スペクトル計
ようこう衛星 (1991-2001); ~390kg
これ まで の 開 発– 軟X線望遠鏡のCCDデータ処理部– 硬X線望遠鏡
XUVドップラー望遠鏡 [ISAS観測ロケット] (1998)– 直入射多層膜ミラー– 裏面照射型CCDカメラ– 可動副鏡機構と制御用センサ
太陽フレア硬X線スペクトル計 [ISAS気球実験] (2002)– CdTeスペクトル計
ひので衛星 (2006-); ~900kg
現 役 で観 測 中– 可視光磁場望遠鏡の望遠鏡部・光学設計– X線望遠鏡のCCDカメラ– コンタミネーションコントロール
CLASPシリーズ [NASA観測ロケット] (CLASP 2015, CLASP2 2019, CLASP2.1 2021)– 望遠鏡部、光学素子、偏光変調装置(可動機構)
FOXSIシリーズ [NASA観測ロケット] (FOXSI-3 2018, FOXSI-4 2024 打上げ予定)– 軟X線CMOS検出器 (、硬X線ミラー、硬X線検出器)
SUNRISE-3 [ドイツ等国際気球実験] (2022飛翔予定)
現在進行中!!
– 近赤外線偏光分光装置
イプシロン衛星計画 (2020年代中頃〜)– 公募型小型4号機 SOLAR-C_EUVST … 衛星開発検討、超高精度太陽姿勢計、可動機構– 将来衛星計画 (PhoENiX) … 精密X線ミラー、軟X線CMOS検出器 à X線光子計測

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ひのとり衛星 (1981-82); ~190kg– X線望遠鏡(すだれコリメータ)、X線精密分光計、X線スペクトル計
ようこう衛星 (1991-2001); ~390kg
これ まで の 開 発– 軟X線望遠鏡のCCDデータ処理部– 硬X線望遠鏡
XUVドップラー望遠鏡 [ISAS観測ロケット] (1998)– 直入射多層膜ミラー– 裏面照射型CCDカメラ– 可動副鏡機構と制御用センサ
太陽フレア硬X線スペクトル計 [ISAS気球実験] (2002)– CdTeスペクトル計
ひので衛星 (2006-); ~900kg
現 役 で観 測 中– 可視光磁場望遠鏡の望遠鏡部・光学設計– X線望遠鏡のCCDカメラ– コンタミネーションコントロール
CLASPシリーズ [NASA観測ロケット] (CLASP 2015, CLASP2 2019, CLASP2.1 2021)– 望遠鏡部、光学素子、偏光変調装置(可動機構)
FOXSIシリーズ [NASA観測ロケット] (FOXSI-3 2018, FOXSI-4 2024 打上げ予定)– 軟X線CMOS検出器 (、硬X線ミラー、硬X線検出器)
SUNRISE-3 [ドイツ等国際気球実験] (2022飛翔予定)
現在進行中!!
– 近赤外線偏光分光装置
イプシロン衛星計画 (2020年代中頃〜)– 公募型小型4号機 SOLAR-C_EUVST … 衛星開発検討、超高精度太陽姿勢計、可動機構– 将来衛星計画 (PhoENiX) … 精密X線ミラー、軟X線CMOS検出器 à X線光子計測

ようこう衛星搭載のX線望遠鏡
軟X線望遠鏡

硬X線望遠鏡斜入射光学系
ようこうSXT(Tsuneta et al. 1991)

ひのでXRT(Golub et al. 2007)

斜入射光学系
ようこうSXT(Tsuneta et al. 1991)

ひのでXRT(Golub et al. 2007)

すだれコリメータの原理： １次元B(x, y)bC (k,θ ) = A ∫ B(x, y)MC (kr)dxdy&2 #π 211MC (kr) = 2 $ + cos(kr) + cos(3kr) + cos(5kr) + …'π %8925($π'M S (kr) = MC & kr − )%2(bC (k,θ )：検出器の受けるカウントレート
A：すだれコリメータの有効面積

すだれコリメータの原理： １次元B(x, y)bC (k,θ ) = A ∫ B(x, y)MC (kr)dxdy&2 #π 211MC (kr) = 2 $ + cos(kr) + cos(3kr) + cos(5kr) + …'
π %8925($π'M S (kr) = MC & kr − )%2(bC (k,θ )：検出器の受けるカウントレート
A：すだれコリメータの有効面積

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ひのとり衛星 (1981-82); ~190kg– X線望遠鏡(すだれコリメータ)、X線精密分光計、X線スペクトル計
ようこう衛星 (1991-2001); ~390kg
これ まで の 開 発– 軟X線望遠鏡のCCDデータ処理部– 硬X線望遠鏡
XUVドップラー望遠鏡 [ISAS観測ロケット] (1998)– 直入射多層膜ミラー– 裏面照射型CCDカメラ– 可動副鏡機構と制御用センサ
太陽フレア硬X線スペクトル計 [ISAS気球実験] (2002)– CdTeスペクトル計
ひので衛星 (2006-); ~900kg
現 役 で観 測 中– 可視光磁場望遠鏡の望遠鏡部・光学設計– X線望遠鏡のCCDカメラ– コンタミネーションコントロール
CLASPシリーズ [NASA観測ロケット] (CLASP 2015, CLASP2 2019, CLASP2.1 2021)– 望遠鏡部、光学素子、偏光変調装置(可動機構)
FOXSIシリーズ [NASA観測ロケット] (FOXSI-3 2018, FOXSI-4 2024 打上げ予定)– 軟X線CMOS検出器 (、硬X線ミラー、硬X線検出器)
SUNRISE-3 [ドイツ等国際気球実験] (2022飛翔予定)
現在進行中!!
– 近赤外線偏光分光装置
イプシロン衛星計画 (2020年代中頃〜)– 公募型小型4号機 SOLAR-C_EUVST … 衛星開発検討、超高精度太陽姿勢計、可動機構– 将来衛星計画 (PhoENiX) … 精密X線ミラー、軟X線CMOS検出器 à X線光子計測

(1.8 MK)XDT（XUV Doppler Telescope）
反射率レスポンス

BlueSector

RedSector(Sakao et al. 1999)

XUV Doppler Telescope (XDT)

直入射光学系•Cassegrain光学系（副鏡＝凸面）– SOHO/EIT、TRACE、XDT、・・・••

鏡面の多層膜コーティングにより特定の波長を選択的に反射複数波長取得のため、セクターコーティング＋選択シャッター
2d sin θ = mλ
主鏡

副鏡

MoSi/Si（Γ=0.2）多層膜ミラーの反射率(Sakao et al. 1999)

XUV Doppler Telescope (XDT)

直入射光学系•Cassegrain光学系（副鏡＝凸面）– SOHO/EIT、TRACE、XDT、・・・••

鏡面の多層膜コーティングにより特定の波長を選択的に反射複数波長取得のため、セクターコーティング＋選択シャッター
2d sin θ = mλ
主鏡

副鏡

MoSi/Si（Γ=0.2）多層膜ミラーの反射率(Sakao et al. 1999)

XUV Doppler Telescope (XDT)

直入射光学系•

Cassegrain光学系（副鏡＝凸面）– SOHO/EIT、TRACE、XDT、・・・••

鏡面の多層膜コーティングにより特定の波長を選択的に反射複数波長取得のため、セクターコーティング＋選択シャッター
2d sin θ = mλ
主鏡

副鏡

MoSi/Si（Γ=0.2）多層膜ミラーの反射率(Sakao et al. 1999)

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ひのとり衛星 (1981-82); ~190kg– X線望遠鏡(すだれコリメータ)、X線精密分光計、X線スペクトル計
ようこう衛星 (1991-2001); ~390kg
これ まで の 開 発– 軟X線望遠鏡のCCDデータ処理部– 硬X線望遠鏡
XUVドップラー望遠鏡 [ISAS観測ロケット] (1998)– 直入射多層膜ミラー– 裏面照射型CCDカメラ– 可動副鏡機構と制御用センサ
太陽フレア硬X線スペクトル計 [ISAS気球実験] (2002)– CdTeスペクトル計
ひので衛星 (2006-); ~900kg
現 役 で観 測 中– 可視光磁場望遠鏡の望遠鏡部・光学設計– X線望遠鏡のCCDカメラ– コンタミネーションコントロール
CLASPシリーズ [NASA観測ロケット] (CLASP 2015, CLASP2 2019, CLASP2.1 2021)– 望遠鏡部、光学素子、偏光変調装置(可動機構)
FOXSIシリーズ [NASA観測ロケット] (FOXSI-3 2018, FOXSI-4 2024 打上げ予定)– 軟X線CMOS検出器 (、硬X線ミラー、硬X線検出器)
SUNRISE-3 [ドイツ等国際気球実験] (2022飛翔予定)
現在進行中!!
– 近赤外線偏光分光装置
イプシロン衛星計画 (2020年代中頃〜)– 公募型小型4号機 SOLAR-C_EUVST … 衛星開発検討、超高精度太陽姿勢計、可動機構– 将来衛星計画 (PhoENiX) … 精密X線ミラー、軟X線CMOS検出器 à X線光子計測

Do you Know Hinode?
is Japanese Solar Observation Satellitemeans “SUNRISE” in Japanese.

極端紫外線撮像分光装置
was launched in 2006, September and（EIS）
nearly six years passed, since then.
可視光磁場International mission by NAOJ,JAXA,NASA,STFC
望遠鏡
has 3 instruments onboard in Visible light, X-ray,EUV（ＳＯＴ）
solves mystery of coronal heating and origin of magneticfields.
Ｘ線 望 遠 鏡 （ＸＲＴ）
is in-orbit now and observing the sun.
JAXA宇宙研、国立天文台、米国NASA、英国STFC、欧ESAの広 範 な国 際 協 力 で開 発 ・運 用 。
３つ の 望 遠 鏡 の 同 時 観 測 で 、太 陽 大 気 中 の 活 動 現 象 を 探 る 。

可視光磁場望遠鏡（SOT）

可視光磁場望遠鏡（SOT）
光球からの可視光の直線偏光・円偏光成分の精密計測（Stokes IQUV）→光球磁場の3次元成分を取得
偏光モジュレーション

X線望遠鏡（XRT）（焦点面CCDカメラ内部）

EIS

The high-sensitivity solar EUV
imaging spectrometer

Product: EUV spectra to determine velocity fields and other plasma

parameters in the corona and transition region.
Primary Mirror

Normal incidence off-axis telescope with a grating
spectrometer.
1939mmCCDs

Slit Exchange Mechanism
ShutterEntrance
FilterFilter11440 m m 000m mConcaveGrating衛星組立作業

衛星総合試験
機械環境試験
（2005年10月）

可視光望遠鏡ドア展開試験（2005年10月）

熱真空試験（2006年3月）

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28:?8#6;?92!

ひのとり衛星 (1981-82); ~190kg– X線望遠鏡(すだれコリメータ)、X線精密分光計、X線スペクトル計
ようこう衛星 (1991-2001); ~390kg
これ まで の 開 発– 軟X線望遠鏡のCCDデータ処理部– 硬X線望遠鏡
XUVドップラー望遠鏡 [ISAS観測ロケット] (1998)– 直入射多層膜ミラー– 裏面照射型CCDカメラ– 可動副鏡機構と制御用センサ
太陽フレア硬X線スペクトル計 [ISAS気球実験] (2002)– CdTeスペクトル計
ひので衛星 (2006-); ~900kg
現 役 で観 測 中– 可視光磁場望遠鏡の望遠鏡部・光学設計– X線望遠鏡のCCDカメラ– コンタミネーションコントロール
CLASPシリーズ [NASA観測ロケット] (CLASP 2015, CLASP2 2019, CLASP2.1 2021)– 望遠鏡部、光学素子、偏光変調装置(可動機構)
FOXSIシリーズ [NASA観測ロケット] (FOXSI-3 2018, FOXSI-4 2024 打上げ予定)– 軟X線CMOS検出器 (、硬X線ミラー、硬X線検出器)
SUNRISE-3 [ドイツ等国際気球実験] (2022飛翔予定)
現在進行中!!
– 近赤外線偏光分光装置
イプシロン衛星計画 (2020年代中頃〜)– 公募型小型4号機 SOLAR-C_EUVST … 衛星開発検討、超高精度太陽姿勢計、可動機構– 将来衛星計画 (PhoENiX) … 精密X線ミラー、軟X線CMOS検出器 à X線光子計測

Primary

直近/現在進行中の装置開発
Flightinstrumentisinfabrication.

偏光分光測定により彩層のVUV磁場信号検出を行う
CLASPロケット実験

TelescopeStructure

Slitjaw optics:mirrorunit&filterunit

Secondary

HWPmotor(PMU)&driver

2014/08/0

OffͲaxisCameramirror

COSPARinMoscow

SpectroͲPolarimeter Structure13(鹿野さんのCOSPAR2014講演スライドより)

Primary

直近/現在進行中の装置開発
Flightinstrumentisinfabrication.

偏光分光測定により彩層のVUV磁場信号検出を行う
CLASPロケット実験

TelescopeStructure

Slitjaw optics:mirrorunit&filterunit

Secondary

HWPmotor(PMU)&driver

2014/08/0

OffͲaxisCameramirror

COSPARinMoscow

SpectroͲPolarimeter Structure13(鹿野さんのCOSPAR2014講演スライドより)

FOXSI-3 軟X線装置






太陽コロナの軟X線光⼦計測・撮像観測



400 x 1k pixels の領域を250 FPS で⾼速連続撮像可能。



CMOSセンサーからの⼤量のデータ~ 160MB / sec を処理し保存する。

FOXSI-3 軟X線装置






太陽コロナの軟X線光⼦計測・撮像観測



400 x 1k pixels の領域を250 FPS で⾼速連続撮像可能。









CMOSセンサーからの⼤量のデータ~ 160MB / sec を処理し保存する。

大気球太陽観測実験 SUNRISE-3• 口径1m (ひのでの２倍) の光学太陽望遠鏡• スウェーデン・キルナからカナダまで大西洋上空の高度約35kmを1週間飛翔– 紫外線域 (波長 200 ‒ 400 nm)の観測– シーイングの無い高精度偏光観測•

2009年と2013年に2度観測を実施•

2022年に３度目の飛翔予定（SUNRISE-3）– 近赤外線偏光分光装置SCIP(スキップ)を日本主導で開発

光球・彩層の高解像度・高精度偏光分光データを手にする絶好のチャンス

SCIP (スキップ)

Sunrise Chromospheric Infrared spectroPolarimeter
Mount IF1

• 高空間・時間分解能

Polarization
modulator
Slit-jaw
filterEgr cheat lleing

Slit

Slit-jaw lens

– 「ひので」と同じ解像度: 0.2秒角– 0.2秒角を音波が通過する時間: 15秒

Slit-jaw
cameraCollimator
mirrorDichroic BS
Blocking filter
Polarization BS
Laser tracker
targets– Ca II 線で ~5 Gの磁場を測定: 0.03%(1σ)の偏光度測定
unt

Mount IF2

Cameramirror770 nm
camera• 高精度偏光観測

IF3

850 nmcameraMo

500mmConnector
panel

1000 mm
Optical bench

Science instruments
SUSI = SUNRISE UVSpectropolarimeter and Imager
λ= 300 ‒ 408 nm

IMaX+

SCIP = SUNRISE Chromospheric
Infrared Spectro-Polarimeter
λ= 770 nm, 850 nm
IMaX+ = upgraded Imaging
Magnetograph eXperiment
λ= 517, 525 nm
Service Units
ISLiD = Image Stabilization andLight Distribution system
CWS = Correlation tracker andWavefront Sensor

SCIPCWS
望遠鏡と箱は
ドイツ

ISLiD

SUSI

焦点面装置箱SUNRISEゴンドラ (米担当)597<=@,*)&+%'0(./,宇宙研の公募型小型計画4号機として2020年代後半の打ち上げ
彩層・コロナのUV-EUV高スループット分光・撮像観測
高スループット：ひのでEISの約10倍
空間分解能：0.4 秒角
波長範囲：170 – 1300 Å

18

可動機構の要素試作活動

現在進行中の装置開発
光子計測型X線望遠鏡に向けた開発研究 (ISAS・NAOJ)
SPring-8を用いた高精度斜入射X線ミラーの開発（大阪大学・名古屋大学との共同研究）

1 km$($ 試作Wolterミラー$
@SPring-8( ((X線分光CMOSセンサの開発検討 à FOXSI-3/4搭載

FWHM 165 eV
for 1x1 pxl evts.
← X線分光性能の評価

現在進行中の装置開発
光子計測型X線望遠鏡に向けた開発研究 (ISAS・NAOJ)
SPring-8を用いた高精度斜入射X線ミラーの開発（大阪大学・名古屋大学との共同研究）

https://www.nao.ac.jp/news/topics/2019/20190115-solar.html

1 km$($ 試作Wolterミラー$@SPring-8( ((X線分光CMOSセンサの開発検討 à FOXSI-3/4搭載

FWHM 165 eV
for 1x1 pxl evts.
← X線分光性能の評価

装置開発に関わって新しい観測をやってみたい人を歓迎します！