DARTS for Astrophysics

あけぼの

Akebono (EXOS-D)

ミッションの解説

概要

「あけぼの(EXOS-D)」ミッションは、地球の磁気圏とオーロラの物理現象を観測することを目的として宇宙科学研究所（ISAS）が開発した人工衛星です。アメリカ航空宇宙局、ソ連のインターコスモス、欧州宇宙機関とともに実施した太陽地球系エネルギー国際共同研究計画（STEP）の一番手の観測衛星として、1989年2月22日に鹿児島宇宙空間観測所（現：内之浦宇宙空間観測所）から打ち上げられ、2015年4月23日に運用を終了するまで、26年2か月という長期間にわたり、極域のオーロラ現象およびヴァン・アレン帯の長周期変動を継続的に観測しました。

衛星の重量は約295 kg、形状は高さ 1 m、対面寸法 1.26 m の八角柱型で、太陽電池パネル 4 枚と 30 m 長のアンテナ、5 m と 3 m の伸展マストが装備されています。近地点高度 275 km、遠地点高度 10500 km、軌道傾斜角 75度の長楕円軌道を、1周 211 分の速さで周回しました。

観測装置について

「あけぼの」は、プラズマ、磁場、電場、波動を観測する機器と、オーロラ撮像カメラの計 9 種の科学観測機器を搭載しています。

Three-axis fluxgate magnetometer (MGF)

MGFは、地球の磁場を三軸で高精度に測定するための装置です。 3軸フラックスゲート磁力計とサーチコイル磁力計で構成され、それぞれ 5 m と 3 m の伸展マストを備えています。フラックスゲート磁力計は、±1024～±65536 nT（フルスケール）の範囲を4つのレンジで自動に切り替え可能で、各レンジの分解能は16ビットA/Dコンバータに相当（0.031～2 nT）します。サンプリングレートは毎秒 32 ベクトルです。三軸サーチコイル磁力計の周波数特性は 800 Hzまでで、100Hz以上の周波数帯域の信号は VLF に使用され、100 Hz以下の信号が磁場実験に使用されます。

Electric field detector (EFD)

EFDは、電場を測定するための装置です。標準的なダブルプローブ方式(EFD-P)と新開発のイオンビーム方式(EFD-B)の両方でベクトル電界を測定します。電場の強度と方向を検出してプラズマ中の電場変動を捉えます。

VLF wave detector (VLF)

VLFは、非常に低周波（VLF）帯域のプラズマ波動を観測するための装置です。wide band analyzer (WBA)、multi-channel analyzers (MCA)、Poynting flux analyzers (PFX)、ELF frequency analyzers、vector impedance probe (VIP)で構成され、電場成分、磁場成分ともに数Hzから 17.8 kHzの周波数範囲をカバーしています。波動観測の主な目的は、オーロラ帯における高エネルギー粒子降下と密接に関連する波動現象と、波動-波動および波動-粒子の相互作用現象の物理を調べることです。

HF wave detector and topside sounder (PWS)

PWSは、高周波（HF）帯域のプラズマ波動を観測するための装置で、i）natural plasma wave observation（NPW）、ii）stimulated plasma wave experiments（SPW）用の 2 つのサブシステムと、iii）電子数密度測定用機器（NEI）から構成され、プラズマ密度や温度の変動を高精度に測定することができます。自然プラズマ波の観測と、人工的に送信されたプラズマ波の応答を観測するアクティブサウンダー実験の両方について、多種多様なデータを提供し、また、プラズマ波の人工的な励起は、オーロラ粒子加速領域だけでなく、電離層の高層領域におけるプラズマ構造の電波サウンディングも目的としています。

Low energy ion detector (LEP)

LEPは、低エネルギーのイオンを観測するための装置です。イオンのエネルギー分布や流れを測定し、地球の磁気圏内のプラズマ環境を解析します。3つの異なるタイプの荷電粒子観測を行います。

オーロラ電子とイオンのエネルギー分布とピッチ角分布
正イオンの電荷あたりの質量分析
HF帯とVLF帯の粒子束変調のオンボード検出

Suprathermal ion spectrometer (SMS)

SMSは、低高度磁気圏における熱イオン(0-25 eV)および超熱イオン(25 eV-数keV)の分布を研究するために開発されました。ダイナミックレンジは、質量では 1-70 amu/e、プラズマ密度では 0.001-100000 /立方cm で、遠地点(=104km)と近地点(=300km)における主要イオンとマイナーイオンの分布関数を定期的に測定します。高周波タイプの質量分析計で、選択したエネルギーや質量に依存しないプログラム可能な質量分解能(Δm/m = 0.06-0.20)を持っています。この装置は、イオンのエネルギースペクトルを高精度に測定し、磁気圏内のエネルギー輸送メカニズムを解析します。

Thermal electron detector (TED)

TEDは、熱電子の速度分布を測定するための装置です。この装置は、0 から数 eV のエネルギー範囲における熱電子の温度や密度を測定し、プラズマ環境の詳細な解析に貢献します。

Radiation detection monitor (RDM)

RDMは、放射線を検出するための装置です。電子温度モード(TE)、プローブ特性モード(SH-DC)、速度分布モード(SH-AC)の3つのモードで動作させることができます。この装置は、地球の磁気圏内での荷電粒子の強度の空間分布をモニタリングし、宇宙天気予報や放射線防護の研究に役立ちます。

Visible and UV auroral imager (ATV)

ATVは、オーロラダイナミクスの研究および磁気圏活動の全球モニタリングと同時衛星実験を目的としたカメラです。このカメラは可視域と紫外域の2チャンネルのスナップショットイメージャで、最大8秒に1回の撮影が可能です。

成果

「あけぼの」の代表的な科学成果として、以下のようなものが挙げられます。

磁力線に平行な電場による粒子加速の実証
極電離圏からのイオン流出についての定量的研究
UHR波動が赤道で強まることについての詳細な研究
低高度のプラズマ圏の熱的構造
プラズマ圏の密度が磁気嵐の際に部分的に落ち込む現象の発見
ヴァン・アレン帯（地球の磁場にとらえられた電子や陽子からなる放射線帯で、地球をドーナツ状にとりまいている）の粒子の長期的変動の観測

「あけぼの」は、太陽活動の完全な1サイクル（11年）の観測を達成し、地球の磁気圏とオーロラの物理現象に関する多くの重要なデータを提供しました。特に、オーロラの発生メカニズムや磁気圏の構造に関する理解が深まりました。また、これらのデータは、地球の宇宙環境の変動を予測するためのモデルの改良にも貢献しました。