ISSN 0285-2861

ニュース

JAXA宇宙科学研究所

2017

9

No.438

第２管制室での運用風景『第２管制室北東側半分の様子。写真は、「ひさき」と「はやぶさ２」が運用中のところ。他には、「あらせ」、「ひので」、「GEOTAIL」、「あかつき」の運用も行われている。現在工事が進行中の３階の管制室の刷新が完了すれば、小惑
星 Ryugu への接近・タッチダウン運用に向けて、「はやぶさ２」の運用は３階管制室へ移行する予定（P.5 記事参照）。

宇 宙 科 学 最 前 線

観測データを同化し金星の大気の謎に迫る
金星大気の謎金星は地球の双子星と称される。どちらも約 46 億年前に誕生した、地面と大気をもつ地球型惑星である。金星は太陽系内で大きさと平均密度が最も地球に似ている。しかし、金星は二酸化炭素の厚い大気に覆われ、その運動や気温分布も地球の大気とは大きく異なっている。現在の金星には海はない。けれども、初期の金星には地球と同じように海があった可能性が指摘されている。金星は地球より太陽に近く高温である。このため水が蒸発しやすく、上空では太陽からの紫外線で水素と酸素に分解されてしまう。このため、軽い水素は宇宙空間に逃げ出してしまったのではないだろうか。また、海を失った金星では、地球のように二酸化炭素を海に溶かし、石灰岩として固定することができない。こうして、現在のように大量の二酸化炭素が大気中に残ったと考えられている。
また、金星は自転周期が極めて長く 243 日もある。
赤道上の自転速度は 1.8m/s しかなく、これは地球の自転速度 460m/s と比べて非常に遅い。にもかかわらず、金星大気の上層には、「スーパーローテーション」

慶應義塾大学 法学部物理学教室 准教授

杉本 憲彦 （すぎもと のりひこ）と呼ばれる自転を追い越す高速の風（高度 70 km で約100m/s、自転の約 60 倍の速度）が、赤道から高緯度まで大気全体で吹いていて、気象学における大きな謎となっている。地球にも自転を追い越す風（偏西風、最大で 100m/s 程度）の存在が知られている。その成因は、スケート選手が回転時に腕を短くする例で知られる、角運動量の保存則から説明できる。赤道で加熱された大気は上昇し、ハドレー循環（水平対流）となって中緯度に到達する。赤道の地表面で静止していた大気であっても、宇宙から見れば高速に回転している。このため、中緯度に運ばれ自転軸からの距離が短くなると、速度が増して自転を追い越す風となる。しかしながら、地球の偏西風が存在するのは中緯度の限られた緯度帯だけである。また、自転の遅い金星上では、このような簡単なメカニズ
ムでスーパーローテーションの成因を説明できない。
金星は全体が硫酸の厚い雲によって覆われ、大気内部の運動の観測が困難である。このため、地球や火星に比べると金星大気の運動に関する理解は遅れている。金星と地球の違いをもたらした理由についても、確かな情報は多くない。もし、金星の大気の成り立ちが分かれば、ISASニュース 2017. 9 No.438

1

地球が金星のようにならずに、適度な気候条件をもつ生命に溢れる星となったヒントが得られるはずである。また、
金星大気の流れを説明できれば、地球を含めた普遍的な惑
星大気の理解が進むと期待される。広い視野で地球の気象を考えることは、地球の大気がなぜ今のような姿をしているのか、また将来どうなっていくのかということの、より深い理解に結びつく。金星大気の謎の解明、それは我々が住む地球をより深く理解する
ことに他ならない。

図２ 「あかつき」IR2 カメラにより撮影された金星夜面合成疑似カラー画像（左 ©ISAS/JAXA）と AFESVenus の高解像度計算で得られた鉛直流速分布の結果（右）。右図において、白は下降流、黒は上昇流の領域を表している。また、金星 AFES は自転の向きが金星と逆のため、図を回転させて表示している。

AFES-Venus の開発
我々の研究グループでは、このような金星大気の謎に挑むため、金星大気全体の運動をシミュレーションする、
金星大気大循環モデル「AFES-Venus」の開発を進めてきた。これは、地球の気象予報や気候予測などの研究に使われる大気大循環モデル（GCM; General Circulation
Model）の中でも、特に地球シミュレータに最適化された AFES（Atmospheric GCM For the Earth Simulator）
を金星用に変更したものである。AFES-Venus の大規模計算によって、現実的な東西風分布の再現や、金星大気における傾圧不安定波の存在とその重要性の指摘など、世界初となるさまざまな研究成果が得られている（Sugimoto et al., 2014a, b; Ando et al., 2016; Kashimura
et al., in prep.）。
図１は、AFES-Venus によって世界で初めて再現された、極域の上層大気（高度約 65 km）に存在する周極低温 域（cold collar） で あ る（Ando et al., 2016）。1970
年代の金星探査ミッション以降、金星の極域上空では、温かい極域を冷たい領域が取り囲んでいるという不思議な気温分布が明らかになっていた（Taylor et al., 1980）。
しかし、どのようにしてこの気温分布が生じ、維持されているのか、そのメカニズムは現在まで未解明であった。
AFES-Venus では、大気全体を数値計算するため、観測では得られない大気の内部の運動を知ることが可能である。その結果によると、周極低温域の形成には、太陽の動きに合わせた大気の運動（熱潮汐波）によって極近傍に駆動される下降流が重要であることが分かった。太陽光は金星の雲層を暖め、南北方向の大気の流れを生む。この流れが極域上空で集まって下降流になると、ポンプで空気を圧縮したときと同じように、大気は圧縮され、温度が高くなる。このため、下降流が起こっている低温の極域の極近傍では温度が高くなる。これが極域の一部で温度が継続的に高くなる原因であり、その周辺領域が極に比べて低温になる理由であった。波が駆動する下降流と、それによって生じる昇温現象は、地球大気でも成層圏の突然昇温として知られている。本研究は、地球と類似のメカニズムが金星で働いていることを示唆している。

「あかつき」観測との比較

図１2

金星大気の極域に存在する周極低温域（cold collar）の AFESVenus による再現例。カラーは温度場で、暖色は高温、寒色は
低温の領域を表している。極向きの矢印は波によって駆動された
北向きの流れ、白の矢印はスーパーローテーションのイメージを示している。

ISASニュース 2017. 9 No.438

金星探査機「あかつき」は、2015 年 12 月に金星周回軌道への投入を再び試み、成功した。「あかつき」に搭載された複数のカメラによる観測結果から、金星の水
平方向の大気の流れや気温分布を明らかにする試みがなされており、すでに様々な初期成果を挙げている。これらの観測研究の成果が、AFES-Venus の研究で得られた理論モデルの実証につながっていくことを期待している。また、AFES-Venus と相補的に観測結果を解釈することで、金星の大気・気象へのさらなる理解を深めてい
きたいと考えている。ここでは、初期の観測と比較した
AFES-Venus の結果を示したい。
図２（左）は「あかつき」の IR2 カメラにより撮影された金星夜面合成疑似カラー画像である。IR2 カメラの 1.735 µm 画像と 2.26 µm 画像から、1.735 µm を赤、2.26 µm を青、両者の平均を緑として、着色し合成したものである。IR2 カメラの夜面画像が捉えるのは地表付
近の高温の大気から放射される赤外線である。赤外線は雲によって遮られるため、画像の明るい領域は雲の薄い宇 宙 科 学 最前線
領域を表すことになる。また、微妙な色調の差は、雲粒子の大きさの違いなどを表すと考えられる。昼夜境界付
近がオレンジ色になっているのは、昼側から夜側に回り込んだ 1.735 µm 光のためである。南北両半球の中高緯度にある惑星規模の巨大な筋状構造と低緯度の乱流的構
造は、これまでにない「あかつき」の高解像度観測によって初めて得られた描像である。
AFES-Venus では、地球シミュレータを最大限に用いることで、金星大気研究では例のない高解像度の計算が可能である。図２（右）は、AFES-Venus で計算された
高度 60km（低安定度層の上空）での鉛直流速分布の結果である。南北方向の位置は若干異なるものの、IR2 カメラの夜面観測で示された惑星規模の筋状構造と類似した構造が現れている。強い下降流が巨大な筋状に分布しており、これは観測と整合的である。なぜなら、下降流によって雲量が減少し、観測された雲の薄い領域を生み出しうるからである。現在、AFES-Venus で再現された巨大な筋状構造の成因の解明に向けて、３次元構造の解析
や太陽加熱や大気安定度の設定を変化させた感度実験に着手しているところである（Kashimura et al., in prep.）。

金星初のデータ同化に向けてこうした AFES-Venus による諸成果は、我々の金星大
気大循環モデルが現実の金星大気の運動をよく表現しており、これまでモデルの整備不足によって不可能であった、観測データの同化に耐えうる段階にあることを示している。データ同化とは、数値シミュレーション
モデルに観測データを融合させることで、時空間的に偏りのない、より現実的なデータ（再解析プロダクト）を生み出す手法のことである。金星探査機「あかつき」の貴重な観測データを同化することができれば、観測を反映した大気内部の運動に関する情報が得られ、金星の謎の解明が革新的に進むと期待される。そこで我々の研究グループでは現在、地球や火星の大気で用いられている観測データをモデルに反映させる手法としてアンサン
ブルデータ同化を金星大気大循環モデルに世界で初めて導入し、その有効性を検証している（Sugimoto et al.,2017）。
データ同化システムの検証には、数値シミュレーショ

ンで得られた疑似観測データと過去の金星探査機「VenusExpress」の観測データ（Kouyama et al., 2013, 2015）を用いた。その結果、時空間的に限られた観測データを同化したにもかかわらず、観測データに含まれる惑星規模の大気波動（熱潮汐波）が金星大気大循環モデルの中で正しく再現されることが示された。このことは、開発したデータ同化システムが期待通りに動作していることだけでなく、金星探査機の観測データを利用したデータ
同化が金星大気の流れを調べるのに有用であることを示している。
観測は時空間的に限られ、数値シミュレーションモデ
ルは不完全である。このため、どちらか一方だけを利用して金星大気の運動を完全に解明することは困難である。今回の研究成果によって、観測データとシミュレー
ションモデルの両方を最大限に活用するデータ同化の手法は、金星大気の運動を解明する新たな糸口となることが実証された。今後、金星探査機「あかつき」によって得られた、高解像度かつ高頻度の観測データを本シス
テムで同化することにより、金星大気の最大の謎である
スーパーローテーションの成因の解明など、金星大気の内部の運動の理解が革新的に進むことが期待される。

謝辞
金星探査機「あかつき」及び AFES-Venus に関わる全ての方に感謝申し上げる。本研究は、地球シミュレータ
利用課題「AFES を用いた地球型惑星の大気大循環シミュ
レーション」及び「AFES を用いた火星・金星大気の高解像度大循環シミュレーション」のもとで実施した。また、JSPS 科 研 費 15K17767、16H02225、16H02231の助成をうけて実施された。図１は安藤 紘基博士（京都産業大学）、図２（左）は佐藤 毅彦教授（ISAS/JAXA）、（右）は樫村 博基博士（神戸大学）の作成である。図３の「あかつき」の CG は ISAS/JAXA のものを使用した。
AFES-Venus は上記の地球シミュレータ利用課題（代表、林 祥介教授（神戸大学）のもと、高木 征弘准教授（京都産業大学）と共に開発している。データ同化に関して、
山崎 哲博士（JAMSTEC）と榎本 剛准教授（京都大学）の協力、「Venus Express」の観測データに関して、神山徹博士（AIST）の協力を得た。

図３ 「あかつき」の観測データと AFES-Venus の数値シミュレーションの予報データを同化することにより、金星大気のより「確からしい」状態を時空間的に再現したデータ（再解析プロダクト）が世界で初めて得られることになる。

ISASニュース 2017. 9 No.438

3

ISAS

事

情

「ひので」が撮影したアメリカ横断皆既日食の画像・動画を即時公開
皆既日食は、軟Ｘ線や極端紫外線のみでは難しいコロ
ナ物質の様子を知ることができる貴重な機会です。「ひので」は地上の観測チームと連携して観測を行いました。
その一つは、極域のコロナ構造やそこで頻発するジェットのメカニズムの解明を目的としたコロナ観測です。また、皆既日食帯がアメリカを横断する約１時間 30 分の間、多数の市民の参加を得て白色光（可視光）コロナの動画を作成するプロジェクト（Eclipse Megamovie2017）と連携して、Ｘ線コロナ画像の連続撮影を行いました。皆既日食でしか観測できない白色光コロナと、「ひので」が観測するＸ線コロナを組み合わせることで、ジェット発生のメカニズムや約１時間 30 分にわたるコ
ロナ構造のダイナミクスについて理解が進むことが期待されます。
太平洋（アメリカ西海岸沖）の上空を飛翔している際、「ひので」からは部分日食が見られました。X 線で輝く太「ひので」Ｘ線望遠鏡が開始２分後に撮影した部分日食。

像の右下側）から現れ、北東（画像の左上側）に向けて2017 年８月 22 日早朝（日本時間）、アメリカで天太陽面を横切っていく様子がとらえられました。搭載デー

文ショー「皆既日食」が観測されました。皆既日食は、

タレコーダの特別な使用管理を行うことで最速で地上に幻想的な太陽コロナを地上で一般市民が見ることができデータを伝送し、同日午後には画像の一般公開を行いまる稀な機会です。コロナは、それを目撃した人々を魅了した。最大食分 0.714 の部分日食でしたが、想像を超させるだけではなく、研究者にとっては、コロナ加熱、える反響がありました。特に、SNS による情報拡散にフレア発生、太陽風の源といった太陽大気の謎に満ちた

よって、約 700 万人に「ひので」画像・動画が届けられ、現場として重要な観測対象です。太陽観測衛星「ひので」SNS の威力を感じました。この凄さを、取っ付きにくは、そのコロナを軟Ｘ線や極端紫外線で常時観測していい研究成果の普及にも活用できないものかと考えさせら

ます。

れました。

水星探査機MMO（清水 敏文）全ての振動試験完了
2017 年６月

断熱材や塗料で覆われています。そのため、クリーンルーのほぼ１カ月をムへの扉を開けて見上げてみると、白無垢に包まれた黒かけて、欧州宇

髪の花嫁が恥ずかしそうに顔を隠しているように見えま

宙 機 関（ESA）

す。MMO は天辺に載せられているため、試験では最もの技術センター上下・前後・左右に揺さぶられます。つまり、花嫁がヘッ（ESTEC）にて、ドバンキングしている状態になるのです。宇宙に行くた

水星探査計画

めには仕方が無い試験だとしても、「うちの娘になんてこ

BepiColomboとをするんだ！」という気分になります。

の機体の正弦波

これほど大きな探査機の振動試験は滅多にないため、振動試験を行い多くの人が詰めかけ、２階の通路からガラス越しに見つました。この機体

めていました。試験後に、その２階の通路において横は、ESA が 担 当

目で探査機を見ながら、無事終了を関係者で美酒と共にする電気推進モ

祝ったことにたいへん感動しました。是非、相模原でも

ジュー ル MTM、

行いたいものです。また、日欧両方とも初期のメンバー

探査機 MPO、そが数少なくなったことに、プロジェクトの立ち上げからし て、JAXA が約 17 年もの年月が流れたのだなと改めて気づかされま

担当する探査機 MMO の順に下から積み上がった形態にした。これで MMO は構造関連の試験を全て完了したこ

なっています。MMO は水星に到着するまでの間に直接とになります。

振動試験の様子。

太陽光であぶられるのを防ぐために白いサンシールドに取り囲まれています。さらに、MTM や MPO も白色の4

陽コロナを背景に、新月状態の黒い月が太陽の南西（画ISASニュース 2017. 9 No.438（峯杉 賢治）新管制室
宇宙科学研究所の研究センター棟（Ｂ棟）３階には科「あらせ」の初期運用と並行して３階の新管制室のデザ

学衛星や探査機にコマンドや運用計画を送信したり、テインやレイアウトの検討を進めました。プロジェクトのレメトリ監視、データ記録など運用作業を行う管制室が意見を聞いたところ、新管制室を更に広げるという新規在ります。「さきがけ」「すいせい」以来、多くの宇宙機要求が出て来ました。この対応も大変で、急遽第２管制の管制運用がここで行われてきました。しかしこの管制室に運用を移行することになった「あかつき」には多大室ももう 30 年選手、昔ながらの風情を愛する人たちもな苦労をかけてしまいました。一方、ずっと３階管制室多いのですが、宇宙科学の最先端を担う宇宙機の管制室で運用していた「あらせ」も７月末には第２管制室に引っであると誰もが納得するような、現代的でカッコいい管越しを完了しました（表紙参照）。

制室に刷新する計画が進行中です。

現在、新管制室の工事が進行中です。消防法の関係で新しい管制室には、より広い運用スペース確保、見学

拡張する部屋との壁を無くして一体に出来なかったこと者スペースの設置、会議室の併設等、様々な要求がありは残念でしたが、知恵を絞って一体感が持てるような設ました。新たにそれだけの広さを確保することは困難で計にしています。工事は 10 月末まで、その後什器搬入、

したし、運用しながら改装することも出来ませんので、まマシン搬入、セットアップ、試験等を行い、12 月末にずＢ棟２階に第２管制室を整備し、運用中の宇宙機の管制は総面積が倍増した新管制室が完成する予定です。運用

運用を移動、その後、古い管制室と周りの部屋を合体さは、「はやぶさ２」の小惑星 Ryugu 接近・タッチダウン

せて拡張し、新しい管制室を整備することにしたのです。

運用のリハーサルからを想定していて、実運用ではマス計画が具体的にスタートしたのは 2016 年春頃です

コミにも公開される予定です。

が、その頃 ERG（「あらせ」）が打上げ後のクリティカル

管制室の整備においては、管制運用の安全・確実性が運用、初期運用期間（2016 年 12 月〜翌年３月）中に最重要項目ではありますが、新管制室は同時に、見学者

３階の管制室を占有することになり、突貫の整備作業がのみならず運用者をも魅了することを目指しています。

始まりました。いろいろと苦労もありましたが、何とか「魅せる管制室」に乞うご期待。

（竹島 敏明）

間に合わせることができました。

2017年度小規模計画６件が始動
小規模計画とは外部資金など JAXA 外予算とのマッチ

１月 13 日に応募を締め切りました。審査は、４名のコングファンド方式で実施する小規模な宇宙科学プロジェ

ア委員・６名の分野担当者委員・25 名の専門評価者かクトで、JAXA が負担する経費が２億円以下、プロジェ

らなる審査委員会が、ISAS 所長の諮問を受け、書類にクトの実施期間が運用・観測期間を含めて１年から５年よる評価、提案者との電子メールによる質問と回答のや以下であることを要件としています。実施するプロジェ

りとり、そして必要に応じてヒアリングを約４カ月かけクトとしては、日本で単独で実施するものだけでなく、て行いました。提案を正しく理解することに気をつけて、

海外プロジェクトへの機器などの提供、海外の観測ロケッ

多くの時間を割いていただいた委員および専門評価者のト・大気球、国際宇宙ステーション（ISS）などの飛翔努力により、その様な審査が行われたと考えています。

機会を利用した計画も想定しています。これは平成 28

最終的に 16 件の応募の中から表の６件を選定しまし年（2016 年）４月１日に制定された宇宙基本計画が定た。選定された６つの課題は始動しつつあります。大き義する「多様な小規模プロジェクト」の中に位置付けらなインパクトのある科学的成果が期待されます。

れます。2016 年 11 月７日に公募を発出し、2017 年（満田 和久）採択された小規模計画
名

称

研究代表者

内

容

DUST の核生成 木村 勇気（北海道大学）

星間環境に欠かせないダスト（宇宙固体微粒子）の供給過程と物理状態の正しい理解に至ることを目標として、日欧および日米協力によるロケットによる無重力ダスト形成実験を実施します。

BEAK

鈴木 宏二郎（東京大学）

エアロキャプチャ実験機・小型衛星 BEAK により、火星表面への着陸機投入も意識した地球上層の希薄な大気での reentry 動作を実証します。

GAPS

GeV 質量の dark matter の崩壊により生じると考えられる Sub GeV のエネルギー範
福家 英之
囲の反重陽子検出をめざす南極周回長時間気球実験国際協力計画に、シリコン検出器ア
（JAXA 宇宙科学研究所）
レイを中心とする機器を提供します。

小規模太陽観測 石川 遼子（国立天文台）、 恒星の大気の加熱と恒星風を太陽で基礎的な物理から理解することを目的として観測ロ
プログラム
勝川 行雄（国立天文台） ケットと大気球の２つの国際協力実験を実施し、２つの異なる高さの彩層を探査します。
OHMAN-JP

三原 建弘（理化学研究所）

Time domain 天文学の推進を目的に ISS に搭載された２つの装置、日本の MAXI と米国の NICER を ISS 上で結ぶ装置を実装します。

Fermi への協力

深沢 泰司（広島大学）

米国 NASA の Fermi 衛星計画に日本の研究者が継続的に参加します。

ISASニュース 2017. 9 No.438

5

ISAS

事

情

プロジェクトに関する業務改革
ASTRO-H 衛星喪失を受け、全 JAXA 共通のプロジェ

本改革で新たに制定・改定された文書に基づき、宇宙

クト業務の改革を推進するために、2016 年７月に業務

科学ミッションの達成確率を高めるように、具体的な実改革推進委員会が設置され、2017 年４月に機構プロジェ

施方法を定める必要があります。６月 23 日に宇宙研全クト実施に係る文書類の制定及び改定が行われました。

職員にて業務改革について議論しました。８月 22 日に

本改革では、「機構プロジェクト実施に関わる基本方針」

は宇宙科学コミュニティと意見交換し、特に「宇宙科学が最上位文書として制定されました。企業等が果たす役

プロジェクトの初期フェーズの進め方」を議論しました。

割と JAXA との責任関係等を明確にする調達マネジメン

チャレンジングなミッションは用意周到な準備があってト計画や、プロジェクトを確実に推進するために概念検可能になります。新たなプロセス導入が新たなミッショ

討フェーズを充実させるべくミッション探求フェーズとン創出と着実な遂行につながるようにしたいと思います。

ミッション定義段階の導入等を行います。

（久保田 孝）相模原キャンパス特別公開2017
たこの「銀河連邦共和国」についても理解を深めました。
昨年に引き続き、水ロケット教室も共和小学校のご協力のもと、開催することができました。ペットボトルを使った工作と、打上げを体験するこの企画は毎年好評で、
今年は 240 機が打ち上げられ、元気な子どもたちの声が校庭に響きました。水ロケット教室の運営にあたって
は、インターンシップ制度で派遣された県内高校生、近隣の大学に通う学生の皆さんにもご協力いただきました。
キャンパス向かいの国立近代美術館フィルムセンター
相模原分館では今年も宇宙科学セミナーを６コマ開催し、所長を含む講師陣が理学・工学それぞれの立場から最新
毎年人気の催しから初公開の屋内実験場（左上）まで、今年も活気溢れる
特別公開になりました。

の話題を熱く語りました。各講演の終わりにはフィルム

今年の相模原キャンパス特別公開は、例年より１カ月子を撮影した『黒い太陽』（1936 年製作）を上映して遅く８月 25 日（金）・26 日（土）に開催しました。近

いただきました。

隣の共和小学校、相模原市立博物館、国立近代美術館フィその隣、相模原市立博物館は、講演会や大西 卓哉宇宙

ルムセンター相模原分館にも例年通りご協力をいただき飛行士も参加してのトークイベント、子ども向けのワーました。

クショップの会場にもなり、２日間で 7,230 名と例年８月とは思えぬぐずついた天候が続いていましたが、を大きく上回る来館がありました。

当日はその分を取り戻そうとでもしているかのような酷今年も広報の代表電話には、開催前から特別公開を楽暑にもかかわらず、両日合わせて 11,200 名もの来場者

しみにしてくださる方々からのお問合せを多数いただきがありました。

ました。また、スタッフが会場を歩いていても、「今年もキャンパス内では８会場、49 ブースが出展。研究者と来て良かった !!」、「パパは大学生の頃、こんな研究した

直接語らい真剣に一問一答をする光景があちらこちらでかったなぁ～」という声をここかしこで聞くことができみられました。今年は会場として初公開の場所もありましました。皆様からいただく励ましで、スタッフの疲れもた。完成したばかりの宇宙探査実験棟では、大量の砂でいっぺんに吹き飛びます。

作られた屋内実験場を見た来場者から歓声があがり、そこ

時節柄、心配された熱中症や大きな怪我の報告もなく、で動く遠隔操作の探査ローバ―にも注目が集まっていま

無事２日間を乗り切ることができたのも、近隣の施設のした。また隣の宇宙科学探査交流棟も建屋が完成したば多大なるご協力そして地域住民の皆様のご理解をいただ

かり。来年の正式オープンへの期待の声が相次ぎました。

いたからこそ、と実感しております。

各会場に立ち並ぶブースでは、少しでも新しい成果をわ

今後も特別公開を、皆様と直に接することができ、ごかりやすくご覧いただこうと、間際まで準備に余念がなく、意見をいただける大切な機会、そして宇宙研の活動を理

研究成果や将来計画も含め最新情報が満載でした。工作解していただける、より充実したものにしていきたいと等の参加型の催しは整理券配布後すぐに定員に達する盛思います。

況ぶりでした。中庭では JAXA の施設を縁に交流してい6

センター所蔵で、約 80 年前の北海道での皆既日食の様

来年には交流棟が開設しますので、次回もどうぞお楽る５市２町がテントを並べて物産展を催し、来場者も各地しみに。

のおいしい名産を堪能しながら、今年建国 30 周年を迎え（相模原キャンパス特別公開 実行委員会 委員長 國中 均）

ISASニュース 2017. 9 No.438

連載

捕らえろ粒子。感じろ電磁波。宇宙嵐に挑むERG
ERGプロジェクト リレートーク

第10回「低エネルギー電子計測への努力」● LEPe 担当 風間 洋一
私が ERG プロジェクトと関わったのは、2008 年冬からです。そのときにはすでに ERG 衛星計画が学会有志のメンバーで議論されていて、私はそれを外から眺めていましたが、そうしているうちに、台湾の大学が ERG 衛星の低エネルギー電子計測器（LEPe）を開発するため、開発者を募集しているのを知り、もともと粒子計測器の開発をしていたので早速応募しました。あれから 9 年ほどが経とうとしているとは、なんとも時の流れは速いですね。
私の担当した LEPe は、約 20eV から 20keV の電子を計測します。20eV というのはかなり低いエネルギーで、衛星構体が局所的に数 V から数十 V 帯電するだけで、電子の軌道が変わって正しい計測ができなくなる可能性があります。そのため、衛星全体がすべて同電位になるよう、柴野さんや浅村さんに大変な努力をしていただきました。衛星の至る所に絶縁材料があるなかで、外に暴露している部分すべてに導通を与えるのは、相当に大変だったと想像します。また、磁場も電子の軌道に影響を与えるため、他の機器の方にもステンレス部品などの残留磁場を規定値に抑えるようお願いしています。
現在 LEPe は正常に動作し、内部磁気圏に存在する低エネルギー電子のデータを日々取得しています。すべての機器が初めて同時に動作した２月 27 日のデータでは、サブストーム現象に伴うエネルギー分散構造が綺麗に観測されて、これから始まるサイエンスへの興奮と、努力が報われたことへの安堵を覚えました。
帯電や帯磁などの影響を受けやすい低エネルギー電子の観測データについてはこれから詳しくデータを見ていくところですが、例えば 67eV のデータには、帯電などによるチャンネル間の偏りや光電子などのスピン依存性は見られず、衛星本体や他の計測機器の方の低エネルギー電子計測への対策は功を奏したと思います。これについて、柴野さんや浅村さん始め他の担当者やメーカーの方々にご協力いただ
き、感謝に堪えません。みなさま本当にありがとうございました。
システム振動試験において加振の合間に、ほこりが LEPe に入らないようにカバーを装着する様子。

（風間から松岡 彩子さんへ）
松岡さんが担当した MGF（磁場計測器）も LEPe と同じく、衛星自体の影響を受けやすいと思います。自然界に本来存在する磁場を、衛星がまるで存在しないかのように計測するためには、いろいろとご苦労が有ったと思いますが、どのような点が大変でしたか？ その結果はどうですか？

「高性能・伸展物・EMC の三位一体」● MGF 担当 松岡 彩子
ERG に限らず、宇宙空間の磁場を高精度で測定するために必要なものは、第一に性能の良い磁力計ですが、次に磁力計センサを衛星から離すための長い伸展物、三番
目は人工的な磁場ノイズを出さない衛星本体です。この３つを達成して初めて、風間さんのお題「衛星が存在しないかのような計測」という理想が現実となります。
３つ目の磁場ノイズ抑制（EMC）については、先月の記事で三田さんが述べられた努力とプロジェクトの皆様のご尽力のおかけで、ERG はノイズを殆ど出さない衛星となりました。
２つ目の伸展物については、話はいきなり前世紀に遡ります。1998 年に打ち上げた火星探査機「のぞみ」にも、高精度の磁場計測を目指して同じ名前の磁場観測器 MGFを搭載し、火星到着後に５m の長さのマストを伸ばしてセンサを衛星から離す計画でした。
「のぞみ」は残念ながら火星周回軌道に入らず、マスト伸展も叶いませんでした。今回 ERG に搭載したマストは、「のぞみ」のマストの設計をほぼそのまま使ったものです。20 年近い年月を経て、ようやく宇宙空間での伸展成功に至りました。
E R G の M G F は、 水 星 磁 気 圏 探 査 機 B e p i C o l o m b o
MMO に搭載した MGF-I を元に設計しました。小さな問
題はたびたび起こりましたが、MMO の経験を元に解決しながら製造と試験を進めました。そして、ERG の８種の観測機器の中で、衛星システムへ一番乗り！のはずが、何とフライト品引き渡し前日の最終確認で、MGFのセンサに大きな問題が見つかってしまいました。打上げは１年後に迫っています。その日から不休で原因調査、
改修方針検討、方針の検証試験、改修、それまでの全試
験やり直しを行い、衛星システムの熱真空試験に何とか間に合いました。検証試験で撮影した顕微鏡写真は 1,200 枚に及びました。
この怒涛のリカバリ作業を支援くださったメーカーの皆様、ERG プロジェ
クトの皆様、ポスドクの寺本さん、野村さんには改めて深く感謝を申し上げます。おかげさまで、現在 MGF はあんな大問題など無かったかのように、順調にデータを取得しています。

（松岡から笠原 禎也さんへ）
プラズマ波動・電場観測器（PWE）で、ERG のテーマである粒子と波動の相互作用を解き明かす作戦と、データを手にするまでに辿った道のりを教えてください。

《次号に続く》ISASニュース 2017. 9 No.438

7太陽電池の放射線劣化がもたらしたもの
明治大学 特任教授・宇宙科学研究所 名誉教授

田島 道夫 （たじま みちお）
い ま 私 は、 第 29 回 半 導 体 中 欠 陥 の 国 際 会 議（29t h
International Conference on Defects in Semiconductors）
で松江に来ています。半導体中の欠陥に関する会議の中でもとりわけ由緒あるこの会議は、ICDS の略称で知られ、２年毎に開催されています。私は、昨年古希を迎えましたが、電子線を照射したシリコン結晶の PL スペクトル。2 × 10¹⁴cm-³ という極低濃度の炭素不純物が信号対雑音比 ≈100で捉えられている。

1980 年代から運営に携わってきたことから、今回は名誉議長として参加しました。会議には予想を超える 300 名の参加者があり、この盛会ぶりに安堵しているところです。
この会議は、最初は“Radiation Effects and Defects
in Semiconductors”という名称で、そこから想像されるように、放射線照射効果が会議の主要テーマでした。こ

純物が放射線によってはじき出されて欠陥が生成され、太れは半導体中の欠陥に関する研究のルーツを物語っていま

陽光で発生したキャリヤの再結合センターとなって、ラす。当初は、米国は人工衛星の打上げでソ連に後れを取っ

イフタイムを短くすることです。そこで、私の PL 法で劣ていましたが、1958 年、世界で初めて太陽電池を搭載し化した太陽電池を測ってみたところ、この再結合に固有のた衛星ヴァンガード１号の打上げに成功しました。その時、PL 信号が現れることが分かったのです。そしてこの PL

太陽電池は正常に動作したのですが、宇宙空間で放射線を信号の解析から、欠陥の特性や生成原因を突き止めること

浴びることにより次第に劣化することが分かり、その劣化ができました。この際、シリコン結晶中にごく僅かしか酸機構の解明に総力を挙げて取り組むことになりました。そ素、炭素が残留していない場合でも、明瞭に PL 信号が観んな中で生まれたのがこの会議です。

測されることが強く記憶に残りました。

放射線によって半導体結晶中の原子がはじき出されると最近になって、エネルギー・環境問題への関心の高まり

その一方で空隙ができます。これらはそれぞれ格子間原子、から、高効率太陽電池や低損失パワーデバイスの開発が急空格子と呼ばれ、現在でも欠陥の議論の中心テーマになっ務となっています。これらに向けシリコン結晶の高品質化ています。当時、George Watkins、Jim Corbett といっを図る際に、ライフタイムを長くする上で残留炭素を低減た、今では神様のような存在のそうそうたるメンバーがそすることが必須となるため、低濃度の炭素を定量する技術の挙動を解明するために活躍し、この会議を設立されたわが渇望されるようになりました。ここで、先の放射線劣化

けです。その後、半導体中の欠陥は、太陽電池だけでなく、の PL 研究のことがピーンときたのです。結晶に宇宙空間

LSI などの全ての半導体電子部品の性能・信頼性を左右すと同じように放射線を照射して PL を測ってみると、従来る重要な因子として、大学などの研究機関はもとより、半法より２桁くらい低濃度の炭素も容易に検出でき、濃度も導体材料メーカー、デバイスメーカーなどでも盛んに研究推定できることが分かりました。何より嬉しかったのは、されるようになりました。その一方で、放射線照射効果は、

純粋な物性研究と宇宙用太陽電池開発の経験が融合して生

宇宙関連部品に特化したマイナー分野と見なされるようにまれた成果だということです。
これに関連する成果を『Jpn.

なり、いつの間にか会議の名称から外されてしまいました。

J. Appl. Phys.』誌に投稿したところ、2017 Spotlights

そうした半導体欠陥研究の歴史を知る一老科学者とし論文に選ばれました。図は JJAP の web でアピール用にて、私の研究を少し紹介させて頂きたいと思います。宇宙

紹介されたものです。そして、この方法を誰でも使えるよ

研に来る前は、半導体中の欠陥をフォトルミネッセンス

うに標準化して欲しいとの要請に応えるため、PL 法検討（photoluminescence; PL）という手法で評価する研究を準備会を立ち上げました。また、この方法をさらに改良し、行っていました。その後、着任した宇宙研の電源班では、感度、精度、そして信頼性の向上を図るとともに、より簡太陽電池の放射線劣化が最大関心事の一つでしたので、便に測れるような工夫をしています。実はこれから、そのPL 法で劣化原因を探る研究を行いました。シリコン太陽最近の成果についてこの会場で発表するところです。

電池の劣化の主な原因は、結晶中に残留する炭素、酸素不ISASニュース No.438 2017年9月号

ISSN 0285-2861

行／国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構
発行責任者／宇宙科学広報・普及主幹 生田 ちさと発

編集責任者／ ISAS ニュース編集委員長

宇宙科学研究所

山村 一誠〒 252-5210 神奈川県相模原市中央区由野台 3-1-1 TEL: 042-759-8008
本ニュースは、
インターネット（http://www.isas.jaxa.jp/）
でもご覧になれます。
デザイン制作協力／株式会社アドマス

8

ISASニュース 2017. 9 No.438

2017 年８月

くにびきメッセ ICDS 会場にて

編 集 後 記銀河連邦が 30 周年を迎えました。記念行事「こどもワールドサミット」では国内外の子どもたちが集まって 100 年後の宇宙や地球について話し合いました。私も一緒に未来を思い描いた
楽しい夏のひとときでした。
（大川 拓也）＊本誌は再生紙（古 70％）、
植 物 油 イン キ を 使 用しています。