SOLAR-Cミッション
常田佐久・ ISAS/JAXA SOLAR-C WG
２０１２年春季天文学会M12a２０１２年３月２０日9:30-9:42	

日本の太陽物理	  これから２０年のストラテジー	
• 「ひので」により高解像度と偏光分光の組み合わせの威力により大きな成果を得た（査読論文：５００篇/５年）	  • SOLAR-­‐Cでは「ひので」で部分的であった偏光分光を彩層・遷移層付近まで行い、光球ー彩層ー遷移層ーコロナの磁場構造・ダイナミックス・熱力学量を直接的手法・間接的手法で求め、太陽物理の多様な課題に答える	  • 引き続いて、SOLAR-­‐Dにより、太陽の内部流れ場と極域磁場の観測を行いダイナモ機構に迫る	  2	

Solar&helio	  physics	  roadmap	  	  2011-­‐2030:	  From	  SOLAR-­‐C	  to	  SOLAR-­‐D	  2010

HINODE(Solar-B)

Solar-D

D	

Pre-A	

Out-of-ecliptic mission(Success-guaranteed plan A-satellite)

Engineering mission(*)(ISAS small satellite series #3)

Japan FY

Launch (Japan FY 2018)

CDR	

A	 B/C	PDR	High resolution spectroscopy(plan B-satellite)

Project	

SDR	

Pre-A	

Pre
Project	

WG Activities	

2030

Solar maximum

Solar maximum

MDR	
SRR	

Solar-C

2020=Mission proposal to ISAS/JAXA	A	 B/C	D	
LaunchLaunch (Japan FY 2017)(*) Verification of large ion engine
Pre-A	 A	 B/C	 D	
and other technologies to be used
In Orbit verification	

ISAS/JAXA Solar-C WG
JSPEC/JAXA out-of-ecliptic solar mission WG
11 March. 2011

for future deep space missions	

Pre-A: Pre-Phase-A (WG activities)
A: Phase-A (R&D)
B/C: Phase-B/C (PM phase)
D: Phase-D (FM phase)3	
SSSC: Space Science Steering Committee

太陽物理残された諸問題	
• 光球と彩層、コロナの磁場構造	  (SOLAR-­‐C)	  • 彩層・コロナの加熱	  (SOLAR-­‐C)	  • 高速太陽風の加速・加熱機構	  (SOLAR-­‐C)	  • 磁気プラズマの基礎過程 (SOLAR-­‐C)	  • 局所ダイナモ過程	  (SOLAR-­‐C/D)	  • 太陽内部の構造と流れ場	  (SOLAR-­‐D)	  	  	  • 大局的ダイナモ過程	  (SOLAR-­‐D)	  • 粒子加速	  	  4	Solar-­‐Cの科学目的	
• 光球ー彩層ー遷移層―コロナの磁場を直接的（偏光分光観測）・間接的手法（数値的外そうモデル）を駆使して明らかにする。光球より上空の磁場構造はほとんど知られていない。	  
• 同時に光球からコロナ・フレアまでの温度的に隙間のない分光観測（光子計測手法を含む）を行い、熱力学的諸量とプラズマのダイナミックス（ジェット、波動、乱流）を明らかにする。	  
• これにより磁気リコネクションを起こす磁気中性面を同定したり、磁気リコネクションの構造や波動の伝搬の性質を明らかにし、彩層・コロナの加熱、太陽風の加速を解明する。	  
• これらを光球―コロナのシステムとして、すなわち磁気的結合を明らかにする。	  
5	

横糸と縦糸の織りなす世界	
• 解明すべき天文学的現象（彩層・遷移層・コロナの磁場構造とマクロ・ミクロ磁気中性面、彩層・コロナ加熱、太陽風の加速など）を横糸とする。
• それに対して、天体プラズマ素過程（磁気リコネクション、波、乱流、局所ダイナモ、磁束管など）は縦糸になる。
• SOLAR-Cにより横糸と縦糸の織りなす多様な太陽プラズマを総合的に観測・解明する。	

搭載望遠鏡案	
• 大型可視光望遠鏡(一本他）	  – 光球・彩層（直接）、コロナ（間接）の磁場観測	  • 高効率UV望遠鏡（清水他）	  – 彩層からコロナまでの隙間ない分光観測（速度場、乱流）	  • X線・EUV望遠鏡（坂尾他）	  – 案１：高温コロナの光子エネルギー計測	  – 案２：超高分解能EUV観測	  7	

科学目標の設定	

坂尾案	
トップレベル科学問題	  ＝解くべき問題	

何と何をやれば彩層・コロナ加熱は	  「わかった」状態となるのか、を示す。	

彩層・コロナ加熱	

SOLAR-­‐Cの目標	

彩層・コロナはどのように加熱されているのか？	  
太陽風はなぜ出てくるのか？	

大気中の磁気波動で上空に伝えられるエネルギーフラックスを○○の精度で計測する。	  
エネルギーの熱化する場所を○○の精度で特定する。	  

・・・・・・	  Solar-­‐Cでこれをやったら(観測したら)なるほどこの問題は解決しそうだね、と思ってもらえるにはどうすればいいか?という観点で整理。	

「ひので」等過去ミッションからの質的なジャンプ	
「ひので」で明らかとなった、	  波動伝搬によるエネルギー輸送の可能性を踏まえ、	  •	  彩層磁場計測	  •	  鍵となる空間・時間分解能	  での観測	  •	  全大気層の分光観測	  による戦略的アプローチで	  彩層・コロナ加熱を解決する。	  

彩層・コロナの活動	
彩層・コロナはどのようなプラズマ素過程により活動しているのか？	

・・・・・・	  ・・・・・	  ・・・・・・	  ・・・・・・	  このステップ入れる	

説明コーナー	

8	

坂尾案	

目標達成の具現化	
元の“Observa=on	  Goals”に対応	

SOLAR-­‐Cの目標	

方法・手段	

大気中の磁気波動で上空に伝えられるエネルギーフラックスを○○の精度で計測する。	  

「ひので」による観測で彩層→コロナへのエネルギー輸送を担っている可能性が示されたスピキュール構造に対し、磁場と輝度の変動をそれぞれ○○の精度で計測する。	  

SUVIT：	  ・・・	  LEMUR：	  ・・・	  XIST：	  ・・・	  波動伝搬過程を追うため、彩層と遷移層・コロナをマッチした空間分解能(○○秒角)で観測する。	  

SUVIT：	  ・・・	  LEMUR：	  ・・・	  XIST：	  ・・・	  エネルギーの熱化する場所を○○の精度で特定する。	  

・・・・・・	  ・・・	  各機器で行なうべき観測	・・・・・・	  ・・・・・・	  ・・・・・・	  (前ページの再掲)	

行なうべき観測の機器ごとの	  ANDで、機器ごとの要求性能設定	

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SOLAR-­‐Cの課題（１）	
• 可視光・UV望遠鏡とも現在の基本仕様で、彩層の早い現象に追随することは可能か？	  
• ハンレ効果の検出に必要な光子数と必要な早い時間分解能は整合しているのか？	  
• δBとδVの相関情報(Fujimura&Tsuneta+0９)のないUV望遠鏡で波動のエネルギーフローを観測することはそもそも可能なのか？（e.g.	  CLASPは飽和のない領域でδB	  を計測）	  • 彩層のハンレゼーマンの観測で波動の検出が可能か？
飽和領域では磁場に対する感度がなくなる。現在の最適ラインは、波動の検出の観点からも最適な選択か？	  

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SUVIT	  とEUVSで波のモード・進行方向・エネルギー量を光球・彩層・コロナで明らかにできるか？	  
光球でのオブザーバブル
Zeeman/Hanle効果を使用
I+δI(t)B//+δB// (t), B┴+δB┴(t)
VLOS+δVLOS(t)XIS

プロミネンスを伝わる横波(Okamoto+08) 	

EUVS
彩層・遷移層でのオブザーバブル

SUVIT

光球での横波の発見とモード同定(Fujimura+09) 	

I+δI(t) , VLOS+δVLOS(t)With CLASP, B┴+δB┴(t)
ＣＬＡＳＰ＋が必要でないか？

スピキュールを伝わる横波(DePontieu+09,Okamoto+11)	

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SOLAR-­‐Cの課題（２）	
• ハンレ効果の解析イメージ（シミュレーションの使い方）は見えているか？（e.g.	  CLASP）	  • 彩層のベクトル磁場データを用いることにより、コロナ磁場の導出がどれだけ改善するか？	  
• CLASPは彩層と遷移層の境界の磁場を観測する。可視光望遠鏡でMgIIの採否の議論がされているが、より上層の磁場を求める観点から、MgIIとLyαはどちらか優位か？
CLASPに科学的優位性はないのか？	  

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NASAとESAおよび欧州諸国	  との国際協力（「ひので」発展型）	
• JAXA&NAOJ	  etc	  – 大型光学望遠鏡	  – 可視光望遠鏡の焦点面観測装置の一部	  	  – X線ミラー	  (調整中)	  – 衛星と打上げ	  • NASA(pending	  US	  decadal	  survey)	  – 可視光望遠鏡の焦点面観測装置の主要部	  	  – Ｘ線・ＥＵＶ望遠鏡	  	  • ESA	  &	  European	  naEons	  (pending	  SPICA	  resolu=on)	  – ＵＶ分光望遠鏡	  – 大型光学望遠鏡の主鏡・副鏡、試験用フラット一式	  マイルストーン	• 2012年4月7日:ISAS戦略予算ヒアリング	  • 2012年4月30日:US	  decadal	  survey	  release	  • 連休後すぐ：ISASシステムエンジニアリング室と打合	  • 2012年夏:国際SUVIT	  mee=ng	  • 2012年8月13日:SOLAR-­‐C	  science	  working	  group	  (St.	  
Andrews)	  • 2012年秋？:ISAS/JAXA中型衛星ＡＯ発出	  • 2012年冬？：ミッションプロポーザル提出	  • 2012年度内？:中型衛星審査（宇宙理学員会）	  • 2018年度:SOLAR-­‐C打上げ希望（米国欧州と調整要）	

最後に	• 衛星開発は格闘技。絶対にやるという覚悟がないとできない。	  
• コミュニテーの立場からASTRO-­‐Gの反省が重要（⇒原宇宙理学委員）。	  
• 困難に見えても検討していると見えてくることがあるので、継続的検討が重要。	  
• コミュニテーの若い人は、どうやってSOLAR-­‐
Cに貢献できるか考えてほしい。	
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