ロケット、人工衛星、ブラックホール東京大学理学系研究科物理学専攻（本）理化学研究所宇宙放射線研究室（兼）牧島一夫 2004/12/3 第６回理学部公開講演会１. 自己紹介 1949年生まれ 宇宙Ｘ線の観測的研究 ８機の科学衛星計画に参加 2004/12/3 第６回理学部公開講演会２. なぜ宇宙に行きたいか 1. 「その場」で宇宙空間にじかに触れたい。電離層や地球磁気圏の研究。そこに宇宙があるから 2. 遠くへ行きたい。惑星探査 → 佐々木先生。 3. 大気に邪魔されずに宇宙を眺めたい。さまざまな天体物理学、とくに大気に吸収されてしまう、赤外線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線などの観測。 4. 高い場所から地球を見渡したい。気象観測、通信・放送、測量、資源探査、監視、… 5. 無重力の世界に行きたい。材料合成、生物学研究、一般相対論の検証… 6. などなど…。 2004/12/3 第６回理学部公開講演会宇宙線（宇宙からの放射線）の発見 「放射線が空気を電離し、わずかな導電性が生じるため、電荷が逃げてしまうのだろう」箔検電器＋＋＋＋＋＋ 2004/12/3 ＋ 「放射線は地中から来ているのるだろうから、上空に上がれば影響は減るはず」 1910年、ヘスは検電器を携えて気球に搭乗。 上空ほど放射能が強い！→大気圏外から未知の放射線すなわち「宇宙線」が来ている。 どこで宇宙線が作られているか、100 年ごしの謎。第６回理学部公開講演会気球に乗るヘス博士 (1912) 2004/12/3 第６回理学部公開講演会３. 日本の宇宙開発体制宇宙航空研究開発機構(JAXA) 航空宇宙技術研究所 2003.10 宇宙科学研究所 (ISAS) 宇宙開発事業団文科省 2002.1 科学衛星 (NASDA) 実用衛星 液体ロケット 種子が島 1969 トップダウン 固体ロケット 内之浦宇宙航空研 1964 東京大学 1952 文部省科学技術庁 2004/12/3 ボトムアップ第６回理学部公開講演会 1981 生産研内之浦はどこ？ 1970年２月11日、ラムダ4Sロケット５号機で、日本初の人工衛星「おおすみ」打上げ。 QuickTimeý Ç² GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ¾å©ÇÈÇ …ÇÕïKóvÇÇ• ÅB 鹿児島県肝属(きもつき)郡内之浦町 2004/12/3 第６回理学部公開講演会ミューロケットによる科学衛星の打上げさきがけ宇宙科学研究所、鹿児島県内之浦すいせいたんせい２たいよう CORSA はくちょうたんせいしんせいでんぱたんせい４ひのとりてんまおおぞらたんせい３きょっこうじきけんぎんがあけぼのひてんようこうあすかはるかのぞみ ASTRO-E はやぶさ３段目おおすみ２段目 80年代前半 1970年代 80年代後半〜90年代前半 L-４S M-4S M-3C M-3H M-3S M-3SII M-5 2004/12/3 衛星第６回理学部公開講演会１段目実用衛星の打上げロケット宇宙開発事業団→JAXA N-I 1975 2004/12/3 N-II 1981 H-II H-I 1986 第６回理学部公開講演会 1994 H-IIA 2000 ４. 宇宙から強いＸ線が来ている！ 1962年、アメリカの宇宙線研究者たちが観測ロケットにより、さそり座にある強いＸ線源を発見。のちに、ブラックホール、中性子星、超新星残骸など、多数の宇宙Ｘ線源が登場。Ｘ線は人体を透過できるが、地球大気は透過できない。よって地上では、宇宙からのＸ線は観測できない。小田稔 (1923〜2001) 東大名誉教授、元・宇宙科学研究所長、文化勲章受賞 2004/12/3 R.ジャコーニ小柴博士らとともに、 2002年ノーベル物理学賞受賞）第６回理学部公開講演会宇宙航空研究所・小田研究室 1975年ごろ、伊豆の小田先生の別荘にて 1971年、小田先生は世界で初めて「はくちょう座にあるＸ線星 “はくちょう座X1” はブラックホールと恒星の連星らしい」と提唱。土井隆雄宇宙飛行士 2004/12/3 第６回理学部公開講演会大気球を飛ばす厚みわずか数μ のプラスチック袋にヘリウムを詰め、高度約 45 kmに上昇し、直径〜100mに膨らむ 放電を防ぐため高電圧部分は樹脂で埋める(ポッティング)。米国チャンドラ衛 上空では-30℃ぐらいに冷えるので装置星で得られた「かの防寒が不可欠。に星雲」の X線像 (2000)着地するさいの衝撃吸収機構。 ゆれるゴンドラから、いかに望遠鏡の姿勢を精度よく決めるか。 1’ QuickTimeý Ç² ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ¾ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ Ç• ÅB １tクラスの観測装置気球観測で得られた「かに星雲」の硬 X線画像 (1978) パラシュート 2004/12/3 第６回理学部公開講演会５. 人工衛星を作る地球を回る人工衛星近地球周回衛星：秒速7.9 kmで 1日に地球を15周静止衛星： 1日に地球を1周 9 1 13 5 3 2004/12/3 第６回理学部公開講演会鹿児島からの交信可能な範囲。近地球周回衛星の場合、交信できるのは毎日、10分 ×５回のみ。衛星の技術的な難しさ  故障しても修理にゆけない！故障しないように作る、一部が故障しても代替機能が働くようにする、冗長度をもたせる。  衛星も搭載装置も、ロケット打ち上げ時の振動や衝撃に耐えねばならない。  徹底した低電力、軽量化、小型化が必要。重量１トンの衛星の全体を、電子レンジ１台＋冷蔵庫１台ぶんぐらいの電力でまかなう！  真空中であり、対流が無いため、電子回路の発熱が問題となる。パソコンなど、すぐに熱暴走して壊れる！  地上との交信が限られているので、データ量の制限が厳しい。 1日平均すると、ブロードバンドインターネットよりずっと遅い。  バッテリーは、１日に15回も充放電！  電子部品は、放射線に対する耐久性をもつものを使う。 2004/12/3 第６回理学部公開講演会日本の宇宙Ｘ線衛星はくちょう (1979) 回転すだれコリメータで多くのＸ線バースト源を発見。ぎんが (1987) 日英協力で高感度の装置を開発し、遠方のクエーサーなどを観測。世界にデータ提供。 2004/12/3 Astro-E2 (2005年の夏に打ち上げ予定) てんま (1983) 新しい検出器を自主開発し、宇宙高温プラズマの研究を推進。あすか (1993) 改良された反射鏡と 高エネルギーＸ線で世界初の CCDカメラ 極限の分光能力をもつ反射鏡 (米;名大)。カロリメータ 世界初のＸ線CCDカメラ (米, より高エネルギーで最阪大, 京大, 宇宙研)。 自主開発の広視野Ｘ線カメラ高感度をねらう硬X線検出器。 (東大、都立大)。第６回理学部公開講演会「あすか」衛星(1993.2.20〜2001.3.2) ４台のＸ線カメラのうち２台は、理学系研究科が本郷キャンパスで開発 2004/12/3 第６回理学部公開講演会６. ブラックホールに迫る 小田ら (1971); 「ウフル」衛星で速いX線変動を発見。「すだれコリメータ」を用いた気球観測でＸ線の位置を決定。  その位置に、９等級の青い超巨はくちょう座X-1の模式図Ｘ線降着円盤星 HDE226868があった。この巨星は見えない相手に5.6日の周期で振り回されている。 その質量は太陽の６倍以上で、ブラックホールと考えられる。 ガスはブラックホールに落ちこむさい、回転円盤を作り、そこからX 線を出すらしい。 2004/12/3 大質量の星 HDE226868 第６回理学部公開講演会ブラックホールさまざまなブラックホール〜1995以前 108 質量 6 10 （太陽比104 ）〜1995以後銀河中心の銀河中心の巨大BH 巨大BH (数百〜数千個) 中質量BH （数十個） 102 100 宇宙には、さまざまな質量のブラックホールがあり、それらは宇宙の進化に重大な役割を果しているらしい。恒星質量BH 恒星質量BH(数十個) ガンマ線バースト初源 BH ？天の川銀河近傍銀河 2004/12/3 遠方宇宙第６回理学部公開講演会初期宇宙銀河系外の中質量ブラックホール光(左)とＸ線(右)で見た南天の銀河M83 赤い点は右図のＸ線源を示す。 2004/12/3 熱いガスの放射する広がったＸ線と、多数の点状のＸ線源が見える。それらのうち最も明るい10個ほどは、中質量ブラックホールと思われる。第６回理学部公開講演会７. 道は平坦ではない「あすか」(ASTRO-D)の後継機 ASTRO-E を６年がかりで開発、そして2000年１月… コンテナから取り出される衛星相模原から陸路、鹿児島に輸送された衛星 2004/12/3 第６回理学部公開講演会衛星をロケット３段目に組付ける 2004/12/3 運命の2000年２月10日未明、ロケット整備塔の大扉が開く第６回理学部公開講演会発射！ 2004/12/3 第６回理学部公開講演会発射40秒後(左)と70秒後(右) 打ち上げ直後、１段目の噴射口が破損し、55秒〜75秒にかけ飛行姿勢が乱れた。２段目と３段目は完璧に動作したが、衛星の最終速度が5%ほど不足し、衛星は地球を約1/３周して大気圏に突入し、燃え尽きた。 2004/12/3 第６回理学部公開講演会 10年ちかい歳月をかけて開発してきた我々の装置「硬X線検出器」も、衛星とともに失われてしまった…。 2004/12/3 第６回理学部公開講演会８. ガンマ線バーストを追う HETE-2 バーストが発生すると、その位置を自動で決定広い視野でガンマ線バーストを監視理化学研究所、アメリカ、フランスの共同で作られたガンマ線バースト専用衛星。2000年 10月9日、ペガサスロケットにより飛行機から打ち上げられた。世界の望遠鏡（ロボット望遠鏡など）が反応バースト位置をインターネットで世界に通報地上局 2004/12/3 第６回理学部公開講演会 2003年3月29日の大ガンマ線バースト  HETE-2が特大のガンマ線バーストを検出！  理研、東工大、京大などを含め、世界各地の小型ロボット望遠鏡で、可視残光がキャッチされた。  数日かけて残光が暗くなる様子を、大望遠鏡が追跡したところ、１週間後に、光スペクトルに極超新星の特徴が出現。  35年来の謎だったガンマ線バーストは、大質量の星が超新星爆発し、ブラックホールができる瞬間に発生理研（埼玉県和光市）の屋上に、鳥居研一研究員が設置したロボット望遠鏡群。一番乗りを果した。 2004/12/3 第６回理学部公開講演会９.再起を賭けて ASTRO-E/Astro-E2 硬X線検出器開発チーム/2004.6 東大、理研、宇宙研、埼玉大、広島大、メーカー３社 2004/12/3 第６回理学部公開講演会 Astro-E2 の建造 (JAXAにて、2004年) 検出器 2004/12/3 第６回理学部公開講演会電子回路 2004/10/27 JAXA 報道発表文(一部省略） JAXAとしては、H-IIAロケット6号機打上げ失敗の原因となった固体ロケットブースター（SRB-A）の改良に十分な取り組みを行う必要があるが、SRB-Aの改良とM-5ロケットによる第23号科学衛星（Astro-E2 ）の打上げ準備作業に係わる人員に共通するところがあり、両方を並行して進めることが困難であると判断した。このため、SRB-Aの改良にJAXAおよび企業の人的資源を集中させて万全の体制を整え、打上げ再開に向け準備を進めることとした。これによりAstroE2/M-5ロケット6号機の打上げ時期を17年度に延期し、再設定する必要が生じている。 M-5ロケット6号機に搭載するX線天文衛星Astro-E2は、平成12年2月に打上げに失敗したASTRO-Eの代替衛星であり、ASTRO-Eの担っていた科学的な目標を達成するため、国内外の科学者より早期の打上げが強く望まれている。 JAXAとしても早期打上げの実現が重要と認識しており、17年度に可能な限り早期の打上げを目指すこととしたい。 2004/12/3 第６回理学部公開講演会