東北みらいプロジェクト with JAXA
第3回東北大学仙台セミナー
そらからの贈りもの 〜宇宙航空の最先端を知る〜

仙台、2008/12/13（土）

小型衛星が拓く新しい宇宙時代--- SPRITE-SATによる雷新現象現象の解明 ---高橋幸弘
東北大学・大学院理学研究科

吉田和哉
東北大学・大学院工学研究科
本研究は、科学研究費補助金（特別推進研究）「マイクロサテライト・地上観測連携による高々度放電発光と地球ガンマ線現象の解明」（課題番号19002002）の補助を受けて行われています。

謎の雷現象に宇宙観測で迫る！
１９８９年以降２０００年代にかけて、雷に伴う新現象が続々と発見されている。

スプライト、エルブス、巨大ジェット
雷雲と宇宙の間で放電が発生していた。新種が次々と発見されている。

地球ガンマ線
遠方の宇宙でしか起こらないと思われていた高エネルギー現象が身近な雷雲で起きていた。

雷放電と太陽活動の関係？
全地球で起きている雷のエネルギーが、約１ヶ月の周期で変動してることが見つかる。

スプライトとは…

雷雲活動に伴う過渡発光現象（TLE）1989から2000年代にかけて続々と新発見...

地球ガンマ線とは…
- 2004年にガンマ線天文衛星によって大量に検出された、高いエネルギー(30 MeV) を持つガンマ線現象。
- 雷放電に伴って発生するによる高エネルギー電子が原因か。

雷放電とTGFのタイミングと位置関係が鍵なぜ雷を調べるの？
新現象のメカニズムを解明
スプライトや地球ガンマ線といったこれまでの常識では説明できない新現象の仕組みを明らかにしたい。

気候変動の監視雷やスプライトは雷雲活動の結果として発生します。雷雲は温暖化ガスである水蒸気を輸送する主役ですので、その活動を監視することは非常に大切です。

地球と宇宙のつながりを明らかにこれまで想像していなかった形で、宇宙と地球は電気的につながっている可能性が高くなってきました。

なぜ宇宙から観測するの？

-スプライトは雲の上に現れます。地上からだと雲やエアロゾルに邪魔されて、存在の確認や正確な色の観測ができません。
- ひとつのスプライトが水平にどんな分布をしているのか地上からでは分かりません。
- 地上からだと、地球上全部をくまなく調査することができません。特に海上の現象はお手上げ。
- ガンマ線は大気に吸収されてしまうので、地上では落雷のごく近くでしか観測できません。

エルブス

邪魔！
スプライト

雲やエアロゾル
観測者

真上からスプライトを見たい。。。
謎がいっぱい！ ↓筋構造の分布の原因
スプライトと落雷位置のずれ
落雷からスプライト発生までの時
間差
VLF波動の干渉

雷雲内の水平電流

雲を上から見ると…

フラクタル状の放電水平経路

理工連携で大学発の小型衛星の実現へ!
理学研究科 搭載観測機器の開発実績＋工学研究科 衛星設計経験/コンテスト優勝
大学小型衛星なら。。。
早期に実現
開発期間の短縮
打上げチャンスの増大
超安価
科研費で作る＋ JAXAの相乗り公募→ トップサイエンスにおける高い国際競争力

スプライト・地球ガンマ線の宇宙観測は世界が注目
激しい国際競争の中で３年のリード
2012年から続々と打上げ
・国際宇宙ステーションミッションGLIMS(日本)・国際宇宙ステーションミッションASIM (欧州宇宙機関)
・TARANIS (フランス)
・FORMOSAT-6 (台湾)

Spectroimager
Photometer

CMOS
CameraNadir Direction

VHF Interferometer

SPRITE-SAT
観測機器の紹介

サイズ:
重さ:
電力:
軌道:
高度:

雷撮像スペクトルカメラ(740-830nm)
スプライト撮像スペクトルカメラ(762nm）)
雷撮像魚眼カメラ~48×48×48 cm
45 kg
24 W (max)太陽同期極軌道
660 km電磁波観測アンテナ
伸展マスト兼用

恒星撮像
CCDカメラ

ガンマ線カウンタ

スプライト観測モード

地球ガンマ線観測モード

スペクトルカメラ（740-830 nm, 762nm）~30ms) を使ってスプライトの水平分布を撮像。

ガンマ線カウンターと魚眼カメラを用いて、地球ガンマ線と雷放電の関係を明らかにする。

LSI-2 LSI-1
762nm 740-830nm

FOV=35 deg

FOV=140 deg

ガンマ線(150, 450, 1000,2800 keV, 250 μs）

スプライト
下層大気が762nmを吸収
雲散乱光
落雷

親雷放電
位置・電流の時間変化 --- 地上VLFネットワーク
水平電流成分/パルス列 --- 衛星VLF
落雷エネルギー --- 地上ELFネットワーク

機器製作，衛星の組み立て，動作試験は大学の実験室で大学の理工連携と専門企業を中心とした産学連携
東北大学と専門技能者集団との共同作業
送信機・受信機：(株) アドニクス、三協特殊無線(株)搭載計算機：(有) ナノテクス、(株) エーディー
電源系機器：(株) 日本エレクトロニクス
伸展マスト：(株）システム計測、(株）スター精機
観測用CCDカメラ：
ワテック(株）
技術アドバイス：
升本技術士事務所

開発履歴・主要イベント
2003年10月 第11回衛星設計コンテストにて提案．地球電磁気・地球惑星圏学会賞を受賞
2007年5月 「スプライト観測衛星」JAXAロケットによる相乗り打上に採択
2007年6月 文部科学省科学研究費補助金・特別推進研究「マイクロサテライト・地上観測連携による高々度放電発光と地球ガンマ線現象の解明」採択
2007年8月 東北大学・JAXA連携協力協定締結
2007年10月 構造モデル試験
2008年2月 小型衛星打ち上げ協定書調印
2008年5月 フライトモデル最終組み立て開始（5月15日報道公開）2008年8月 フライトモデル完成
2008年9月～11月 環境適合試験および安全審査（JAXA筑波宇宙センター，関西サテライトオフィス（東大阪））
2008年12月12日 種子島へ向けて搬出←今回
2008年12月16日～ 種子島宇宙センターにて最終チェックおよびロケットへの搭載
作業
2009年1月21日 打ち上げ予定

衛星のオペレーションは東北大学から！

SPRITE-SAT 専用 2.4m 衛星追跡用アンテナ （東北大学）

宇宙に飛ばそう私の絵画＆メッセージ■全国の中学生以下を対象に絵画作品＆メッセージを募集し，応募された全メッセージ約1000件と絵画入選作品11点を，マイクロエッチング加工により刻み込んだプレートを衛星の最上部に搭載．
募集期間：５月８日(木)～７月３１日(木)メッセージ：「宇宙に届けたいわたしの思い」
絵画：「わたしが描く宇宙」

宇宙に飛ばそう私の絵画＆メッセージ26 mm Ｘ 60 mm

協力：東北大学ナノテク融合技術支援センター

宇宙に飛ばそう私の絵画＆メッセージ

坂元智行さんの作品

協力：東北大学ナノテク融合技術支援センター

線の太さ５ミクロン「宇宙の絵画 ～マイクロスケールのスペースアート展～」■世界中（14ヶ国）の芸術家から寄せられたイラストレーション40作品も上記プレートに併せて搭載．衛星打ち上げ後に，インターネットと連動して，「宇宙の絵画 ～マイクロスケールのスペースアート展～」を開催予定．

宇宙に飛ばそう私の絵画＆メッセージ衛星打ち上げ当日，仙台市天文台にて打上げライブ中継（一般公開・無料）予定