ISSN 0285-2861

JAXA宇宙科学研究所「 はやぶさ2」中 間 赤 外カメラT I Rによるリュウグウの赤外画像の例

2024

3

News

No.516取得日は 2018 年 8 月1日で、太陽距離は
約 1. 06 天文単位、高度約 5 kmからの撮像。表面のクレーターや大きなボルダーなどが温度の濃淡として確認できる。また、各画像の右側には夜になりかけている部分が存在し、温度が低くなっている様子が見られる。画像の上方向がリュウ
グウの北方向に対応し、このときは南側
から太陽が当たる条件であったため、北半球よりも南半球の方が温度が高い。

The Forefront of Space Science

宇宙「はやぶさ2」で分かったこと：熱赤外観測の観点で科学
最前線
太陽系科学研究系 特任助教 坂谷 尚哉（さかたに なおや）
はじめに多くの方がご存じのように、小惑星探査機「はやぶさ 2」は2014 年 12 月に種子島宇宙センターから打ち上げられ、2018
年 6 月にC 型小惑星＊1 リュウグウに到着しました。数々の偉結果に絞って、「はやぶさ 2」到着前から到着後、リュウグウ
サンプルの分析までを総括的に書き記したいと思います。そのほかの観点での総括記事は後々のお楽しみということで。

熱観測からリュウグウを想像する業を成し遂げつつ、小惑星リュウグウからサンプルを採取

熱赤外観測では、天体表面の温度が分かります。小惑星表

し、2019 年 11 月にリュウグウを出発、2020 年 12 月に無事地面の温度は、太陽からの入射エネルギー、宇宙空間への熱輻

球へサンプルを届けてくれました。現在「はやぶさ 2」は、「は射、地下への熱伝導のバランスによって決まります。地下へ

やぶさ 2 #」と名前を変え、2026 年の小惑星 2001 CC 21フライの熱伝導の程度は、地表面がどのような物質で構成されていバイ、2034 年の 1998 KY 26 ランデブーへ向けた拡張ミッショ

るかによって変わり、その程度を表すパラメータが熱慣性＊2ンへと突入しています。

です。熱慣性が高い物質は、熱伝導率が高く温度が変わりに

2024 年 2 月時点で、小惑星リュウグウ・
「はやぶさ 2」に関くい性質を持ちます。例えば、地上にあるような普通の石のする査読付き論文は 351を数え、学会発表を加えると1 , 000

熱慣性は 1 , 000 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 程度のオーダーなのに対して、月弱に及びます（NASA ADS調べ）。これだけ多くの研究成果が面の熱慣性は 50 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 程度です。月面の低い熱慣性は、創出されるのは嬉しい反面、全体を俯瞰して「はやぶさ 2」のレゴリス（岩石の細粒の粉砕物）で覆われており、粒子間の微成果を述べるのがだんだんと難しくなってきているという側小な接触面によって隣り合う粒子間の熱伝導率が小さいこと

面もあります。最初この記事の執筆依頼を頂いた際、『「はやに起因します。このように、熱慣性は表面にどのような物質

ぶさ 2」の総括的な記事』とのことでしたが、簡単にYESと言が存在しているかの指標となります。ちなみに熱慣性から表えるものではありませんでした。ということで、今回は私の面物質の “ 定量的な ” 情報、例えば粒子サイズや空隙率を抽出

守備範囲である「はやぶさ 2」中間赤外観測・熱物性に関するできるモデルを作成したのが筆者の博士論文の一部だったり＊1 反射率が低く、炭素の含有量が比較的多い炭素質コンドライト隕石と類似したスペクトルを示す小惑星。
＊2 熱慣性Γは熱伝導率k、密度ρ、比熱cとして、Γ= κρc で表される。

ISASニュース

2024. 3

No.5161

します[ 1 ]。

熱慣性の値は自転による温度変化から求めた場合、熱浸透

熱慣性は宇宙望遠鏡等での赤外観測によって推定できま

深さ＊4 程度までの物性情報を反映します。リュウグウの自転す。リュウグウも「はやぶさ 2」到着前から「あかり」やSpitzer、

周期7.6時間と推定された熱慣性の値、および典型的な隕石のNEOWISE等の望遠鏡観測から熱慣性の値は推定されていまし密度 2500 kg m- 3、比熱 800 J kg-1 K-1 を用いると、熱浸透深さ

た。その値は 150 - 300 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 で[ 2 ]、地球にある普通のはおおよそ1cm程度のオーダーと見積もられます。石の大き

石そのものよりも低く、月面レゴリスよりも高い、という値

さが熱浸透深さよりも大きい場合、熱慣性の値は岩石そのもでした。この値からチームは、リュウグウ表面はcmスケールのの熱慣性を強く反映した結果となります。逆に、石の大きの岩石粒子で覆われていると予測しました[ 3 ]。

さが十分に小さければ、粒子間の微小な接触面を熱が流れる「はやぶさ 2」がリュウグウ近傍に到着し、可視光カメラのことになるので熱慣性は粒子集合体としての値を反映します。

観測でまず驚いたのはメートル級の多くの岩塊で覆われていメートル級の岩塊によって覆われているリュウグウの場合、推たことでした。つまり、上記の到着前の予測は外れてしまっ

定された熱慣性は岩塊そのものの熱慣性を表しているものとたのです。可能性としては、①望遠鏡観測による熱慣性推定

考えられます。岩塊の熱慣性が 225 ± 45 Jm- 2 s- 0 . 5 K-1 というの値が間違っていた、②熱慣性の解釈方法が間違っていたの 2

は意外な結果でした。なぜならば、隕石の熱慣性は低くてもつが考えられました。今こそ「はやぶさ 2」に搭載した中間赤

750 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 程度であり、こんなに低い熱慣性を示す小惑

外カメラTIRの出番だ！

星物質を我々は知らなかったからです。だからこそ、低い熱
慣性=小さな粒子の集合体、という固定観念が生まれていま「はやぶさ2」の観測した。

TIR（中間赤外カメラ、Themal InfraRed Imager）は小惑星表

なお、小型ランダー MASCOTにも熱赤外センサ MARAが搭面の温度分布を連続的に観測します。
「はやぶさ2」の位置を載されており、岩塊そのものの熱慣性を測定することに成功

慣性空間に固定した上で、小惑星が自転により360 度回ってしました。そこで推定された熱慣性は約280 Jm-2 s-0.5 K-1 で[6]、いく様子を連続的に撮像することで全球的な表面温度観測を

TIRの観測結果と整合的でした（TIRデータを解析した身として行いました。同時に小惑星上の各位置における温度の時間変は、もの凄く心強い結果）。

＊3化を観測しました。表紙画像がその一例です 。
このようなリュウグウ 1 自転分の温度計測から、各緯度

では、岩塊の熱慣性が低いことは何を意味しているのでしょうか？最も影響が大きいのは、岩塊の空隙率だと考えら

経度における熱慣性を求めました（図 1）。その結果、リュれます。空隙率が高い、つまり中身がスカスカなほど断熱性

ウグウ の 全 球 平 均 の 熱 慣 性 は 225 ± 45 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 で あが高く熱慣性が低いことになります。隕石の熱慣性および空ることが分かりました[ 4 ]。すなわち、望遠鏡観測の結果

隙率を用いた経験的なモデルに基づくと、リュウグウの大部-2 -0.5-1K ）と同程度の値を持ちます。ちなみに、分の岩の熱慣性 200 ~ 400 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 は空隙率で 30 - 60 %程

小惑星の望遠鏡観測での熱慣性の値をその場観測で検証し度に相当します。きっと手で簡単に押しつぶせるような脆いたのは、「はやぶさ 2」TIRが初めてです。この結果は、我々石なのだろうと想像されます。そのようなサンプルが地球にのこれまでの熱慣性の解釈方法が間違えていたということ届けられているはずだろう、と。
。
。なお、「はやぶさ 2」の高（150-300 Jm sを意味しています。なお、NASAの小惑星サンプルリター

度 100 m以下の低高度運用で 100 個以上の岩塊一つ一つを識

ンミッションOSIRIS-Rexにも熱放射計OTESが搭載されてお別して温度を計測することに成功しており、大部分の岩の熱り、リュウグウと同様の結果（熱慣性はリュウグウと同程

慣 性 は 200 ~ 400 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 で し た[ 7 ]。 一 方 で、 隕 石 と度、表面は岩塊だらけ）が得られています[ 5 ]。

同程度の 700 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 以上のものも数個発見され、逆に

図1：リュウグウの熱慣性マップ[ 4 ]。背景は ONC-T 可視画像で作られた全球マップ。
＊3 動画は https://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20200317_nature/img/anim_l2_20180801.mp4 からご覧ください。
＊4 ある周期的な表面温度の変動の影響がどの程度の深さまで伝わるのかを表す指標。周期をP、熱拡散率をκとすると、熱浸透深さは (κP/π) で計算できる。なお、熱拡散率はκ= k /ρcで計算できる。

2

ISASニュース

2024. 3

No.516

The Forefront of Space Science

宇宙科学最前線

50 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 程度の極度に低い熱慣性を持つ岩も発見されています。このように全ての岩が同程度の熱慣性・空隙率を持つ訳ではなく、分布が存在することが分かりました。空隙率の分布は、母天体内部での熱変性、その破壊・再集積プロセスで生じたものと思われます。

リュウグウサンプル分析
2020 年 12 月 に リ ュ ウグウ の サンプ
ルが地球へ届けられました。TIRおよびMARAによる熱慣性推定結果と照らし合わせるべく、サンプル粒子の熱物性計測が行われました。試料サイズは最大でも1 cm程度であるため、微小領域の熱拡散率＊ 5 を測定するのに適しているロックイ
ンサーモグラフィ法が用いられました。
この方法ではレーザー光で試料を周期的に加熱し、それによる温度変化を赤外線顕微鏡で観察することで、非接触で熱拡散率およびその異方性を測定することができます。
リュウグウサンプル 6 粒の熱拡散率測図 2：ロックインサーモグラフィ法による熱拡散率測定（[ 8 ]の図を修正）。（a）サンプル下面をレーザーで周期的に加熱しつつ、上面から赤外カメラで動径方向に広がる波の位相遅れを観測する。
（b, c）リュウグウ試料と位相遅れマップ。位相遅れが大きい方向ほど熱拡散率が低い。
（d）熱拡散率の推定結果。青点は熱拡散率の最大値、黄点は最小値を示す。

定値（2 . 8 - 5 . 8 x 10 - 7 m 2 s- 1）、密度および比熱の実測値（1650 - 1920 kg m- 3、865 J kg- 1 K- 1）を用いるは考えています。本記事で述べさせていただいた通り、到着と、粒子の平均熱慣性は 790 ~ 1250 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 であること

前の予測は外れ、サンプルに関する予測も外れました。全然が明らかになりました[ 8 ]。TIRおよびMARAの観測結果より

ダメじゃないか、という感想もあるでしょうが、探査をしなも 3 倍以上大きな熱慣性です。ここでも予測が外れてしまい

ければ当然のように皆そうだと思って過ごしていたところに、ました。なぜサンプルの熱慣性はTIR/MARAによるその場観

風穴を開けることに成功したと言えるでしょう。

測結果と異なるのでしょうか？理由として考えられるのは熱

今後、中間赤外での小天体探査は継続していきます。ESA

浸透深さおよび空隙の空間スケールの違いです。上述したよの二重小惑星探査計画Heraでは、「はやぶさ 2」TIRチームがうに、リュウグウ表面では日周期の熱浸透深さは 1 cm程度

中心となって赤外カメラTIRIを開発し、2023 年 12 月にプロトです。一方で、ロックインサーモグラフィでは熱サイクルのフライトモデルを届けました（ISASニュース 2024 年 2 月号）。

周期は 1 秒程度で、熱浸透深さは数百μmです。すなわち、Heraは 2024 年 10 月に打ち上げられ、2026 年末に二重小惑星

数百μmよりも大きなスケールに渡ってクラックや空隙があ

Didymos-Dimorphosに到着する予定です。きっとまた我々にり、かつそこを通るような熱の流れが存在すれば熱慣性は低想定外の観測結果を送ってくれることでしょう。その一方で、くなり、結果としてリモセンデータによる熱慣性とサンプル想定外にならないように、「はやぶさ 2」TIRデータの解析、サ分析による熱慣性の整合性が取れるのかもしれません。事

ンプル分析、基礎実験を行って準備していく所存です。

実、図 2 でお見せしたリュウグウサンプルには熱拡散率の異方性が確認されており、熱拡散率が最も低い方向（図 2 b-dの左上方向）では熱慣性 240 Jm- 2 s- 0 . 5 K- 1 相当で、TIR/MARAでの測定値と同等となっています。こちらの方向には数百μmよりも大きいスケールでのクラックや空隙が潜んでいるのかもしれません。

度重なる想定外から赤外観測は物理特性情報を引き出すことができる唯一無二の探査手法です。単に熱慣性が分かるというだけでなく、その熱慣性を持つためにはどのような構造の物質でなければい
けないのか、更に他の物理特性、例えば圧縮強度や弾性波速度などの機械特性まで推測できます。触ってはいないけど、手に取ったような情報を得ることができるのです。ただし、その議論のベースにあるのはラボでの基礎実験や理論モデルです。そして、その答え合わせが惑星探査だと筆者個人的に

参考文献[1] N . Sakatani et al., Thermal conductivity model for powderedmaterials under vacuum based on experimental studies, AIP
Advances 7, 015310, 2017.
[2] T . G. Müller et al., Hayabusa-2 mission target asteroid 162173
Ryugu (1999 JU2): searching for the object’s spin-axis orientation,
Astron. Astrophys. 599, A103, 2017.
[3] K . Wada et al., Asteroid Ryugu before the Hayabusa2 encounter,
Progress in Earth and Planet. Sci. 5, 82, 2018.
[4] Y . Shimaki et al., Thermophysical properties of the surface ofasteroid 162173 Ryugu: Infrared observations and thermal inertia
mapping, Icarus 348, 113835, 2020.
[5] B . Rozitis et al., Asteroid (101955) Bennu’s weak boulders andthermally anomalous equator, Sci. Adv. 6, eabc3699, 2020.
[6] M . Grott et al., Low thermal conductivity boulder with highporosity identified on C-type asteroid (162173) Ryugu, Nat. Astron.
3, 971-976, 2019.
[7] N . Sakatani et al., Anomalously porous boulders on (162173)
Ryugu as primordial materials from its parent body, Nat. Astron. 5,
766-774, 2021.
[8] T . Ishizaki et al., Measurement of microscopic thermal diffusivity
distribution for Ryugu sample by infrared lock-in periodic heating
method, Int. J. Thermophys. 44, 51, 2023.

＊5 熱拡散率κと熱慣性Γは、Γ= κρc で相互変換できる。
ISASニュース

2024. 3

No.5163

ISAS 事 情
SOLAR-C：プロジェクトチーム発足、基本設計フェーズに高感度太陽紫外線分光観測衛星（SOLAR-C）は、2023 年12 月にシステム定義審査（SDR）、そして2024 年 2 月にプロジェクト移行審査を完了し、3 月1日付けで機構プロジェクトとして「高感度太陽紫外線分光観測衛星プロジェクトチーム」、略して「SOLAR-C
プロジェクトチーム」が発足しました。SDRは、SOLAR-Cのシス
テム定義が適切に設定されていることを審査し基本設計フェーズに移行する準備が整ったことを確認する宇宙科学研究所としての審査です。プロジェクト移行審査は、SDRの結果を踏まえ、プロジェクト実行段階への移行可否を審査する機構としての経営審査です。
SOLAR-Cのミッションコンセプトは、「ひので」をはじめとした
太陽研究の最新成果・進展にもとづき研究コミュニティから宇宙科学研究所に2018年1月に提案され、宇宙理学工学合同委員会の科学評価による選定を経て、2020年 4 月に公募型小型計画 4 号
機ダウンセレクションで選定された次期太陽観測衛星です。太陽は私たちの生活にも密接に関わる天体であり、SOLAR-Cはその天体で起きているコロナやフレアがどのように生じるかの理解を深め、太陽が地球や太陽系に及ぼす影響や太陽大気の形成を解明することを通じて、太陽系や生命の起源にも迫るミッションです。
高精度な望遠鏡による軌道上での太陽観測で強みを持つ日本が主導して、紫外線観測で経験を持つ米欧の国際協力を得て、世界初となる性能を持つ紫外線望遠鏡による太陽観測を実現させます。
ダウンセレクション選定からプロジェクトチーム設立まで約 4
年の月日を要しました。当初は最短の時間でフェーズアップを計

SOLAR-C想像図とプロジェクトロゴ

画しましたが、総開発経費の増加への対応、概念設計・技術要
素の研究開発を念入りに実施した結果です。そして今、衛星開発はプロジェクトの実行段階に入りました。すでに、国立天文台との協力のもとで開発メーカと観測望遠鏡の基本設計・試作開発による設計検証を進めており、さらに衛星システムの基本設
計フェーズ開発を開始しました。また観測装置製作に貢献する
米欧の機関でもそれぞれの宇宙機関（米国NASA、欧州ESA、ASI、
CNES、DLR）の支援のもとで開発が進められています。開始されたSOLAR-C開発へのより一層のご支援よろしくお願いします。
（清水 敏文）

「ひので」
の運用延長
2006 年に打ち上げられた太陽観測衛星「ひので」（SOLAR-B）は、 場が最大となる、次の太陽活動極小期までを確実にカバーする開発が本格化してきた次期太陽観測衛星計画SOLAR-C（高感度太2033 年度までの運用延長が妥当と認められました。
陽紫外線分光観測衛星）に一段と注力して推進する観点から、昨SOLAR-Cの 打 上 げ か ら1年 と な る 2029 年 度 ま で は、Parker
年、JAXAの機構プロジェクトとしての運用を終え、同年 6 月から
Solar Probe、Solar Orbiter、「みお」、「あかつき」等、内部太陽は宇宙科学研究所の所内チームとして、後期運用体制へと移行
圏の探査機群との連携観測、極域磁場やフレア観測の継続、ましました。
た、SOLAR-Cが打上げ後すみやかに科学成果を創出できること
これと並行して、「ひので」チームは 2023 年度で終了する現在を念頭に、ALMAやDKISTなど地上の大型観測装置との連携観の観測運用期間を延長するための準備を進めてきました。国内測を通じた協力体制の構築を推進します。さらにSOLAR-C打上の 太 陽コミュニテ ィー
げ後の 1年間は、SOLAR-Cのための比較検証観測を進めます。
お よ び 国 際「 ひ の で 」 2030 年度以降は、データダウンリンク用の地上局数を削減してチームで延長期間とそ運用経費を抑え、極域磁場とX線高温コロナ活動という、2030の科学的な妥当性の検年代においても「ひので」でしか観測が行えず、かつ、太陽圏の討を行い、昨年12 月に
環境に影響を与える 2 つの対象に限った観測を実施し、太陽系
宇宙理学委員会による科学への貢献を目指します。また 2029 年以降に太陽極域を高審 査、 次 い で 今 年 2 月
緯度から見られるようになるSolar Orbiterとの共同観測により、に所内審査をそれぞれ 「ひので」による極域の高速太陽風の流源の磁場やX線ジェット
受審しました。審査に活動と、Solar Orbiterのその場観測による太陽風の活動状態をあたっては、理学委の直接結び付ける初めての機会が得られると期待しています。
審査委員会を通じて太「ひので」の運用延長は今回で最後となります。2033 年度の運陽系科学GDIからの見解
用終了まで、太陽・太陽圏の理解に向けた観測を、「あらせ」をもいただき、これらをはじめ他の太陽系科学ミッションとともに進めていきますので、活動極大期に向けてフレアを頻発させつつあ
これからも引き続きよろしくお願いします。
（坂尾 太郎）る太陽のX線画像（日本時間2024 年 2 月1日）
。 通じて、太陽の極域磁4ISASニュース

2024. 3

No.516

雪ニモマケヌ金星人のホットな会合開催
南岸低気圧が大雪をもたらした翌日2月6日と7日、「あかつき」
金星探査のメンバーによる第 25回SW T（Science Working Team）
会合が相模原キャンパスで開催されました。
国内のメンバーに加え、米国からはNASA Participating Scientistsの皆さん、そして韓国Institute for Basic ScienceからLee Yeon Jooさん（一時期あかつきプロジェクト研究員でした）率いる惑星大気研究グループのメンバーも来日され、にぎやかな会となりました。
折しも「あかつき」の運用延長審査（2029 年 3 月までの観測延長）が最終フェーズということもあり、これまでの成果の振り返り・次の延長における科学目標・さらにはポスト「あかつき」のミッション案まで、熱のこもった議論が展開されました（6日夜の、鶏鍋をつつく懇親会も大変に熱い雰囲気でした）。
印象に残ったのは、若い人たちの活躍です。メソスケール構
造の時間発展に着目した紫外線データ（UVI）と赤外線データ（IR 2）の比較（松井 龍郎さん）はとても興味深いものでしたし、UVIの2波長データから雲頂SO 2 の分布（緯度と地方時に対する依存性）を導いた研究（岩中 達郎さん）も大注目です。
また、「あかつき」データではありませんが、地上望遠鏡（マウナケア山頂のIRTF）から得られた波長 5ミクロンの画像を丁寧な画像処理により素晴らしいクオリティのデータへと生まれ変わらせた報告（神山 徹さん）も、今後そこから得られる解析・研究に大きな期待が寄せられます。
当然のように、あらかじめあったプログラムは大幅に遅延することとなったわけですが、SWT会合の目的は「決められた時間内に終わらせる」ことではなく、「心ゆくまで議論をする」ことにありますから、すべては成り行きまかせで進行したのでした。
初日の夕方には、金星の紫外線吸収物質に関する興味深い論
文を最近発表されたPaul Rimmerさんに英国からリモートでご参加をお願いし、研究内容を詳しくお話しして頂くこともできました。
恒例のグループ写真は、滅多に見ることのない「雪化粧した
M-Vロケット」前でにこやかに撮影したのでした（写真）。
（佐藤 毅彦）マイクロ波背景放射偏光観測宇宙望遠鏡LiteBIRD：
ミッション定義審査を通過
宇宙はビッグバン、すなわち高温の火の玉宇宙から始まった
ことは、多くの人がご存知でしょう。しかし、火の玉になる前に、宇宙は加速度的な膨張を経験したと多くの研究者は考えており、インフレーション宇宙仮説と呼ばれています。インフレーションは、原始重力波を生じ、宇宙マイクロ波背景放射に特徴的な渦巻き状の偏光パターン（原始Bモード）を刻印します。
この原始Bモードを検出し、インフレーション宇宙仮説の検証を目指すのがLiteBIRD計画です（詳しくは、ISASニュース 2016
年 9 月号＊参照）。JAXAを中心に、国内では、高エネルギー加速器研究機構、東京大学カブリ数物連携宇宙機構、岡山大学、海外では、フランスCNESを中心とする欧州各国、カナダなど、多くの国内・国際協力に基づき推進している計画です。
ミッション定義審査（MDR）は、衛星プロジェクトに関連する
一連の審査の最初であり、またミッションの根本となる意義・価値を精査する重要な審査です。LiteBIRDのMDRは、まず事前説明会を 2023 年 9 月19 日に開催、その後、技術分科会やマネジメント分科会が開催され、JAXA外から宇宙マイクロ波背景放射観測の専門家も招いて、多面的な審査が行われました。各分科会の結果を受けて、本審査会が 2024 年 2 月7 日に行われ、合格することができました。
約半年という長期の審査になりましたが、これはLiteBIRDが色々な意味で難しいミッションであることに起因します。技術分科会では多くの
課 題 の 指 摘 が あり、それをアクションア
イテム と し て 定 義
し、今後着実に処理していくことになりました。また、マネ
ジメント分科会では成功基準の議論が行わ れ、 フルサクセス
LiteBIRDの衛星外観図に向かって段階的な成功基準を導入しました。
MDRでの議論で、これから処置していくべき課題があぶり出され、海外機関と協力して対処していくことで、より着実な計
画推進が行えるものと期待できます。この後、プロジェクト準
備審査に進み、合格できればプロジェクト準備段階に入ることになります。今後、国内外のパートナーとともにチーム一丸となって、LiteBIRDの着実な実現を目指す所存です。（堂谷 忠靖）＊ https://www.isas.jaxa.jp/outreach/isas_news/files/ISASnews426.pdf
ISASニュース

2024. 3

No.5165RE
M
SLI O N SNIPいところへ
た
M
降
り
E
、
ら
H
か
T
ところ
る
れ
ら
り
降
連載

第 7 回

降

自動操縦で着陸！
誘導航法制御系
日本時間 2024 年 1 月 20 日午前 0 時 20 分頃、SLIMは日本初の月面軟着陸を達成しました。高度 50 m付近以下で推進系にトラブルが生じたものの、世界初となる月面ピンポイント着陸を実現しました。第 7 回では、誘導航法制御系の簡単な紹介と共に、担当者の視点で運用現場の様子を振り返りたいと思います。

図 1：動力降下フェーズ中のテレメトリ画面（例）。画面作成はJAXA職員の横田健太朗氏（研究開発部門、第一研究ユニット）、後藤健太氏（研究開発部門、第二研究ユニット）、中平聡志氏（宇宙科学研究所、科学衛星運用・データ利用ユニット）らの貢献が大きい。

SLIMの ピンポイント着 陸 実 現 に は、 探 査 機 の 目 で あ る「画像照合航法」と、探査機の頭脳である「誘導航法制御」がキー技術でした。特に誘導航法制御系（英語ではGuidance,
Navigation, and Control; GNC（ジー・エヌ・シー））は、探査機のスマートな目「画像照合」などの情報から、現在の位置や速度などを素早く推定し（航法）、その場で飛行予定経路を作
り出し、目的地へと導く能力（誘導制御）が求められます（解説記事：ISASニュース 2022 年 9 月号）。SLIMの着陸降下シー
ケンスは日本上空で例えると、北海道の新千歳空港を秒速1.7kmの速度（旅客機の数倍！）で出発し、20 分後に兵庫県の阪神甲子園球場内（100 m以内）に着陸するイメージです。このダイナミックかつ正確な着陸を、自動操縦で実現することが、GNC系の使命でした。
管制室では着陸降下開始の約 30 分前から数分前にかけて、
各サブシステム担当者が探査機状態を最終確認し、最終Go/
NoGo判断結果をコールしていきます。ここで万が一問題が見つかれば、シーケンス中断の提言もあり得る、緊張感のある判断ポイントです。熱系OK、電源系OK、画像系OKといっ

図 2：垂直降下フェーズ中の月面画像。着陸後にデータ評価したもの。

た形でコールが進む中、GNC系は各系の中で最後に判断を行うため、気が抜けません。降下開始の数分前に誘導計算が自飛んで来られたのだと期待が高まります。垂直降下中に何回動実行され、目標地点までのルート（軌道）が正しく計算されか行う水平位置の修正も順調に進んでいきます。タッチダウ

たことを確認し、「よし、いくぞ！」という気持ちを込めて「誘ン時は想定と異なる着陸姿勢で静定しており、しばらく緊張

導OK ！」とコールしました。

と動揺で溢れましたが、探査機の生存を確認できた時には心着陸降下が始まってからの 20 分間はあっという間でした。
各系が定期的に状態を報告し、「次シーケンスまであと●分」

2）からは、まるで目標地点に吸い寄せられるかのように降りと周知がある中、GNC系からも「軌道・姿勢OK」と報告を挟ていく様子が分かります。

んでいきます。
「（このまま上手く降りてくれよ…）」と祈るよ

GNC系は世界初となるピンポイント月面軟着陸の自律飛行

うな心境でテレメトリ画面（図 1）を見守ります。前半の動力を司るがゆえ、開発フェーズでは多くの困難に直面しました。

降下フェーズが順調に進み、後半の垂直降下フェーズに移行

その際、SLIMチーム内外の方々にご支援を頂いたお蔭で、開してからは、さらにあっという間でした。垂直降下フェーズ

発を完遂することができました。また、世間の皆様から頂いに入ってから間もなく、着陸レーダ（月面からの距離や速度た暖かい声援には、大変励まされました。心よりお礼申し上を測るセンサ）の担当から「レーダ、ロックオン！」のコールげます。

があり、月面はすぐそこだと感じると共に、ここまで上手く

6

底、安堵しました。垂直降下フェーズ中に撮影した画像（図ISASニュース

2024. 3

No.516伊藤 琢博（いとう たかひろ）

立命館大学 総合科学技術研究機構
教授

土`山 明（つちやま あきら）

太陽系の大航海時代と新しい博物学「ISASニュース」の “ いも焼酎 ” に寄稿依頼を受け、「“いも焼酎 ” のネーミングいいですね」というお返事をしたとこ「はやぶさ 2」が小惑星リュウグウから持ち帰ったサンプル粒子（C 0103 -FC 007）のRGB-CTスライス像の一例。3 つの異なるX線CT手法で取得した像をRGBで合成することにより、粒子を構成する鉱物の違いが色の違いで表されている（緑
色：含水層状珪酸塩、ピンク：硫化鉄、オレンジ：磁鉄鉱、青色：アパタイト、
灰青色：ドロマイト、暗緑色：有機物）。

ろ、「鹿児島県内之浦の実験場に因んでのネーミングと聞いております。大昔ですが、本当に焼酎の話を書いた方が析に適したものだと自負しています。実際、イトカワやいらっしゃったそうです。
」とのこと。2003 年 5 月、小惑星

リュウグウサンプルでは、X線CT情報を元に、その後の破探査機「はやぶさ」の打上げを内之浦で見学した際に、コ壊分析を効率よく行うことができ、ベヌーサンプルにもテージ叶岳というところに宿泊し、“ いも焼酎 ” の酒盛りを適用予定です。

したことを思い出しました。叶岳というのは内之浦の市街

我々が実際に手にして分析できるサンプルとしては、リ

地から1kmほど離れたところに位置する標高187mの山で、ターンサンプルの他に隕石がありますが、どの天体から来山頂にあるコテージから市街地まで階段を上り下りして、たかの確実な証拠はなく、地球落下後の大気や水、有機

小鹿の一升瓶と食料を調達しました。記念焼酎「はやぶさ」

物の汚染も避けられません。アポロサンプルの分析によ（大海酒造）はまだ存在せず、同じ鹿屋市（内之浦の近く）り、人類は初めて月の岩石がどのようなものであるかを知の小鹿酒造の “ いも焼酎 ” を調達していたわけです。家にり、その後の月隕石の発見にもつながりました。また、月戻ってからも小鹿のファンになり、見かけるとよく買って形成時のマグマオーシャン（マグマの海）の存在が判明し、いました。

惑星形成論に大きな進展をもたらしました。スターダスト

天体からサンプルを採取し地球に持ち帰るサンプルリ

サンプルでは、彗星起源と考えられていた宇宙塵の彗星起

ターンは、1969 〜 1972年のアメリカNASAのアポロ計画（有源を確証し、高温起源物質の発見により太陽系内側で形成人）による月サンプル（約 390 kg）採取が始まりで、ほぼ同された高温物質が極低温域に移動したことが指摘され、太時期（1970 ~ 1976 年）には、旧ソ連のルナ計画（無人）によ

陽系形成理論に大きな影響を与えました。イトカワサンプ

り約 200 gの月サンプルが持ち帰られています。今世紀にルでは、宇宙風化を受けた普通コンドライト隕石との対応入ってからは、太陽系小天体のサンプルが地球に持ち帰らが判明し、小惑星で観測される反射スペクトルタイプと隕れるようになりました。2006 年のNASAスターダスト計画

石タイプの出現頻度が合わないというパラドクスが宇宙風によるヴィルト第2彗星のサンプル（10μm以下の微粒子）、化を考えることにより解決され、宇宙風化などの小惑星表

2010 年のJAXAはやぶさ計画による小惑星イトカワのサン面での活動が明らかになりました。リュウグウサンプルは

プル（数 100 μm以下の微粒子約 15μg）、2020 年のJAXA

最も始原的なCIコンドライト隕石に対応し、アミノ酸など

はやぶさ2計画による小惑星リュウグウのサンプル（5.4 g）、の多様な有機物や鉱物内に閉じ込められたCO 2 に富む流体

そして昨年 2023 年のNASAオシリス・レックス計画によるの発見により、リュウグウの母天体は太陽系の外側で形成

小惑星ベヌーのサンプル（121. 6 g）です。また中国の嫦娥され木星軌道内部に移動したことが示されました。ベヌー

5号により2020年に月サンプル1731gが採取されています。

サンプルは初期分析が始まったところですが、リュウグウ

これらのサンプルは、多くの分野の研究者によって今も分サンプル以上に多様な有機物が発見され、今後の分析結析が続けられています。

果が期待されています。

私は幸いにも、これら全てのサンプルについて、主とアポロやルナ計画は米ソ冷戦時代の産物でもありました

してX線CTを用いた分析に携わることになりました。このが、四半世紀以上の中断を経て、彗星や小惑星のサンプ

ために、大型放射光施設であるSPring- 8 において、ビールが地球に届けられるとともに、今後も火星も含めた様々

ムラインサイエンティストを含む共同研究者とともに、な太陽系天体からのサンプルリターンが予定・計画され、新しい手法を開発しました。これにより、X線透過率の違「太陽系の大航海時代」が始まったと言われています。ヨーいによるサンプルの 3 次元構造だけでなく、高空間分解能

ロッパの大航海時代以降、世界各地から新種の動物・植物・（数 100 nm）での鉱物（物質相）の 3 次元分布（写真はその鉱物が発見され、それらを分類する手段としての博物学が一例です）や、物質密度・大まかな化学組成も得ることが発達し、現代科学の礎となりました。
「太陽系の大航海時できます。このような高分解能で鉱物 3 次元マップを得る代」がもたらす太陽系の物質に関しての「新しい博物学」の手法は世界的に例がなく、貴重なリターンサンプルの分

始まりと言えるでしょう。

ISASニュース

2024. 3

No.516

7

宇宙・夢・人S p a c e

H u m a n

D r e a m

宇宙物理学研究系 教授

藤本 龍一（ふじもと りゅういち）
1969 年、大阪府生まれ。東京大学理学部物理学科卒業。同大学大学院理学系研究科物理学専攻修士課程中退。1995 年、宇宙科学研究所助手。博士（理学）。2006 年より金沢大学理工研究域数物科学系准教授を経て、2023 年より現職。

4度の挑戦を超えて新たな宇宙へ
この間、装置の改良を続け、エネルギー決定精度は2 倍以上に、「銀河を吹き渡る風」の動きを見る

その他の性能も大きく向上しました。同じX線マイクロカロリメー── 2023年 6 月、金沢大学から宇宙研に移ってこられました。

タを用いた観測装置ですが、ASTRO-Eとは別の装置と言ってもよ

17年半ぶりに宇宙研に戻ってきました。X線分光撮像衛星XRISMの打上げ準備に追われ、2023年9 月7日に打ち上げられた後も初

いくらい進化しています。

期機能確認運用、ファーストライトと慌ただしく、2024 年2月か

Ｘ線からマイクロ波へ。銀河団から宇宙背景放射へ

ら定常運用に移行して、ようやく落ち着いたところです。

──今後どのようなプロジェクトに携わっていく予定ですか？

──XRISMは、どういう衛星ですか？

宇宙マイクロ波背景放射偏光観測衛星LiteBIRD計画を推進する

XRISMは天体からやってくるX線を観測し、宇宙で起きている熱人材の公募があり、宇宙研に戻って来ました。私はずっとX線天く激しい現象を調べます。私は、Resolveという日米欧国際協力の文衛星に携わってきましたが、LiteBIRDが観測するのはマイクロ波観測装置の開発に日本グループのサブPIとして携わってきました。

です。また、宇宙誕生から何十億年もかけてできた銀河団などをResolveは、X線マイクロカロリメータという検出器を絶対温度 0. 05

観測してきましたが、LiteBIRDで観測するのは宇宙誕生の38 万年度（マイナス273.1℃）という極低温に冷却することで、X線のエネ

後に発せられた宇宙マイクロ波背景放射です。

ルギーを高精度に測定します。それによって「銀河を吹き渡る風」

──なぜ、観測する波長も対象も違う衛星に携わることにしたのの動きを見ようとしています。

ですか？

──銀河を吹き渡る風とは？

実は、LiteBIRDに搭載するマイクロ波検出器は、X線マイクロカ

銀河団は数千個もの銀河の集まりですが、宇宙の初期にはそのロリメータと基本的な原理は同じです。検出器を極低温に冷却しような巨大な天体はありませんでした。銀河の小さな集まりが衝て観測する点も同じです。これまでのX線天文衛星で培われた技

突・合体を繰り返して大きな銀河団に成長していったと考えられ術がLiteBIRDに活きて、LiteBIRDで培われた技術が次のX線天文衛ています。銀河団の衝突・合体に伴って、銀河団を満たしている星に活きる。そうやって将来につなげていきたいと思っています。

高温ガスも混ざり合います。そうした高温ガスの動きのことです。
高温ガスが放射するX線のエネルギーをマイクロカロリメータで高精度に測定し、さらにドップラー効果によって波長が変化する

複雑な現象を基本法則で解く物理学に惹かれて──宇宙物理学の道に進んだきっかけは？

ことを利用すると、高温ガスの動きが分かります。銀河を吹き渡高校の物理の先生との出会いが大きかったですね。物理学とはる風の動きを詳しく捉えることで、銀河団がどのように成長してき

複雑な現象を基本法則で説明する学問である、と教えてくれまし

たのかを明らかにする。それがXRISMの大きな科学目標の1つです。

た。高校物理の問題は、覚えることは少なく、原理を理解して道筋を立てて考えていけば解ける。それが新鮮で、物理って面白い

4 度目の挑戦！

と思い、大学では物理学を学ぼうと決めました。

── 2024 年1月にはファーストライトで取得されたデータが発表──物理学の中でも、なぜ宇宙物理学を選んだのですか？
それも先生との出会いですね。絶対この道に進むぞ、という目されました。
XRISMは大マゼラン雲にある超新星残骸N132Dを観測しました。

標があったわけではなく、その時々の出会いに導かれて歩んでき

これまでは分離できなかったX線輝線の微細な構造を、しっかりました。あっ、ちょっと格好よく言い過ぎたかもしれません。物

分けて捉えられています。

理学は物性と素粒子・宇宙とに大きく分けられますが、物性は複実は、X線マイクロカロリメータによる観測は、2000年に実現

雑すぎて自分には無理だと思ったということもあります。

する計画だったのです。ところが、ASTRO-Eは2000年に打上げでも、観測装置を開発していると、物性の知識が必要になって失敗、2005年打上げのASTRO-E （すざく）IIは液体ヘリウムが失わきます。必要に駆られて勉強してみると物性も面白く、学生時代

れて観測ができず、2016年打上げのASTRO-H（ひとみ）は衛星のにもっと勉強しておけばよかったと後悔しています。若い人には、

姿勢制御のトラブルによって1カ月で運用終了。そして2023年、自分が目指す分野だけでなく、ぜひ幅広く興味をもって勉強して

XRISMが打ち上げられたのです。4 度目の挑戦でした。

もらいたいです。

ISAS
ISASニュースニュース

編集後記
XRISM/SLIM打上げとSLIM月着陸のライブ配信に携わり、その成功
まだまだ非日常が続いている方も多いと思いますが、今月号も発を誰よりも近いところから見届ける機会をいただきました。そのさ行にこぎつけました。こんな時こそ、いつもと変わらないことを大事にしたいですね。みおつくしも 14 回目になりました。みおつくし、なか、3月からSOLAR-Cがプロジェクト化されました（ISAS事情記事）。
元々は澪つ串で航路の標識の意だそうです。世の中も迷わず進んで
両ミッションに続けるよう、一層励みたいと思います。
（坂東
いくことを望むばかりです。
（鳥海信尚）森）

ISASニュース

2024. 3

No.516ISSN
ISSN 0285-2861
0285-2861

発行／国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
発行／国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
発行責任者／宇宙科学広報・普及主幹
藤本 正樹
発行責任者／宇宙科学広報・普及主幹 藤本 正樹
編集責任者／ ISAS ニュース編集委員長 山村 一誠
編集責任者／ ISAS ニュース編集委員長 山村 一誠
デザイン制作協力／株式会社トリッド
デザイン制作協力／株式会社 トリッド
〒 252-5210 神奈川県相模原市中央区由野台 3-1-1〒
252-5210
神奈川県相模原市中央区由野台
3-1-1 isasnews@isas.jaxa.jp
E-mail: isasnews@isas.jaxa.jp
FAX : 042-759-4251

ISASニュースはインターネットでもご覧いただけます。▶https://www.isas.jaxa.jp/
8No.494
No.516 2022年5月号
2024年3月号