京都大学「宇宙学」セミナージオスペース探査衛星ERGで探るヴァン・アレン帯の謎名古屋⼤学太陽地球環境研究所三好由純宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所篠原育１．はじめに：ジオスペース地球周辺の宇宙空間＝ジオスペース磁気圏太陽宇宙線ヴァン・アレン帯銀河宇宙線静⽌軌道地球の周辺には、放射線(⾼いエネルギー粒⼦）でみちていますヴァン・アレン帯＝放射線帯＝Radiation Belts 内帯外帯 ISS, ひさき静⽌軌道 • ジオスペースで、最もエネルギーの⾼い粒⼦が存在する場所 • 粒⼦のエネルギー：100 keV – 数⼗ MeV （〜1000億度） (ほぼ光の速さで動いている）ヴァン・アレン帯は、激しく変化します 2500000 eVの電⼦の変化：⾚いほどたくさんあります宇宙嵐にともなって、増えたり減ったりしています。ヴァン・アレン帯粒⼦の分布内帯南⼤⻄洋磁気異常帯⾼度800kmでの⼈⼯衛星による電⼦観測外帯 2. 宇宙放射線はなぜこわいのか？ヴァン・アレン帯粒⼦・・・⼈⼯衛星の安全な運⽤に⼤きな影響実⽤衛星（気象、放送）に障害が起きたときには、ヴァン・アレン帯の粒⼦も⼤きく増えている。 NICT Hpより宇宙天気研究/宇宙天気予報情報通信研究機構における予測 http://seg-web.nict.go.jp/radi/ 名古屋⼤学太陽地球環境研究所における予測 3．ヴァン・アレン帯電⼦変化の解明に向けて仮説Ａ：エネルギーが⾼い電⼦は、ヴァンアレン帯の外で作られている E M   const. B 外で作って（加速して）、中に運ぶ＝外部供給仮説B：エネルギーが⾼い電⼦は、ヴァンアレン帯の中で作られている中で直接作る（加速する）＝内部加速エネルギー階層間結合：波動を介したダイナミクスプラズマ圏 ~ 1 eV 制御リングカレント： 10~100 keV放射線帯：数 MeV 熱的プラズマ高温プラズマ (~eV) (10-100 keV) 相対論的電子励起励起 (~MeV) 加速プラズマ波動（ホイッスラー・コーラス）波動を介して、全エネルギ階層が動的に結合 eVからMeVまですべてのエネルギー帯のプラズマ・粒⼦を計測しなくてはならない ERG 衛星 - いつ打ちあがるのか？ 2016年夏打ち上げ予定 (イプシロンロケット2号機) - どこを⾶ぶのか？遠地点⾼度： 4.5 地球半径 (28800 km) / 近地点⾼度： 300 km ERG 衛星 - ⼤きさは？ 1m x 1m x 2mくらいの⼩さな衛星です - 何を測るのか？宇宙空間で、プラズマや電場、磁場をその場直接計測します。 ERG 衛星 – その場でプラズマ（電⼦やイオン）を測ります PI/Co-Pis of PPE: LEP-e (Cheng、風間)、LEP-i (浅村）、MEP-e/i (笠原）、HEP-e (三谷、高島）、XEP (松本、東尾) プラズマ・粒⼦計測器 - 10 eVから、20000000 eVまでを連続して計測します(⽇本では初めてです）。 - 合計6台のセンサーを搭載しています（酸素イオン、ヘリウムイオンも計測します）。 ERG 衛星 – その場で電場や磁場を測ります PI/Co-Pis of PPE: 電場アンテナ（30m) LEP-e (Cheng、風間)、LEP-i (浅村）、MEP-e/i (笠原）、HEP-e (三谷、高島）、XEP (松本、東尾) 磁場センサー - 直流成分から10000000Hzまで（磁場は100000Hz)の信号を計測します。 ERG 衛星 –”プラズマの波”と”電⼦”のエネルギー交換を直接計測しますプラズマの波（コーラス）が電⼦を加速するとは、プラズマの波のエネルギーが電⼦に渡されること電⼦の速度ベクトル d 1 2  mV   qEV dt  2  電⼦の運動エネルギーの変化プラズマの波プラズマの波の電界ベクトル qE (t )  V (t )  0 エネルギーの流れ qE (t )  V (t )  0 電子 ERG プロジェクトチーム地上からのジオスペース観測⼈⼯衛星観測コンピューターシミュレーション解析研究 - JAXAを中⼼に、全国の⼤学・研究機関が、⼒をあわせて進めています。 ERGサイエンスセンターデータ解析の基盤環境整備・データの標準化 (メタデータ付データ：CDF) ・共通解析プラットフォーム (SPEDAS) : シームレスな解析環境の構築 ERGプロジェクトの科学データは、サイエンスセンターから公開。興味のある⽅は、ぜひサイエンスセンターのWebをのぞいてみてください。ヴァン・アレン帯の謎は、世界も⼤注⽬です⽶国空軍⽶国 NASA Van Allen Probes衛星 (2012年打ち上げ） DSX衛星 (2016年打ち上げ) ⽶国 NASA THEMIS衛星 (2007年打ち上げ）ロシア Resonance衛星 (2018年打ち上げ) 4．むすびにかえてヴァン・アレン帯は、⽊星、⼟星、天王星、海王星にも存在し、磁場のある惑星には普遍的に存在していると考えられています。木星ヴァン・アレン帯（すざくによるX線観測） Ezoe+, 2010. 地球ヴァン・アレン帯での電⼦がうまれるメカニズムを明らかにすることは、宇宙での粒⼦加速という普遍的な問題の解明に役⽴ちます。⾝近な宇宙での直接観測が、遠い宇宙で起きている現象の理解に貢献します。 4．むすびにかえて 2020年代に、⽇本はESA(欧州宇宙機関）と共同で、⽊星探査機JUICEを打ち上げます。⽊星は地球以上に放射線環境が厳しく、また⼈⼯衛星を軽くする必要があります。 ERGは、⽔星探査機(Bepi-Colombo)の開発で培った⼩型軽量の技術を活かして開発されています。ERGで獲得された⾼放射線環境下で計測可能な技術が、将来の惑星探査計画への技術的基盤となっていきます。