ジオテイル

List all ジオテイル datasets

Geotail

ミッションの解説

概要

Geotail は、地球の磁気圏尾部の構造と動態を研究することを目的として、1992年7月24日にアメリカ合衆国フロリダ州ケープカナベラルからデルタIIロケットによって打ち上げられました。このプロジェクトは、日本の宇宙科学研究所（ISAS）とアメリカ航空宇宙局（NASA）の共同プログラムであり、ISASが衛星の開発と科学機器の約3分の2を提供し、NASAが打ち上げと残りの科学機器を提供しました。

衛星は、質量約 1000 kg、直径 2.2 m、高さ 1.6 m の円筒形をしており、長さ 6 m の磁気計センサー用伸展マスト 2 本と長さ 50 m のアンテナ 4 本を備えています。

軌道について

最初の2年間は、遠地点を地球の夜側に保って磁気圏尾部の遠い領域（地球半径の80倍から220倍）を観測するため、二重月スウィングバイ軌道をたどるように計画されました。そして1994年11月半ばに遠地点が地球半径の50倍まで下げられ、次いで1995年2月には、地球近傍の尾部におけるサブストームの過程を研究するために、地球半径の30倍まで下げられました。近地点は地球半径の約10倍にされ、黄道面に対する軌道傾斜角は、冬至の頃に探査機が遠地点で磁気面尾部の中性面にあるようにするために、マイナス7度に設定されました。

以上のような軌道計画は非常に成功し、地球半径の10倍から220倍までの磁気圏尾部の領域が詳細に調べられました。またこの軌道のおかげで、近地点が昼間側にある時に昼間側の磁気圏界面をかすめることができました。1997年6月には、探査機が昼間側の磁気圏界面のすぐ内部にくる確率を高めるために、近地点を少し下げて、地球半径の9～9.5倍にした。地球半径の9倍（近地点）と30倍（遠地点）という軌道は、マグネトシース、湾形衝撃波及びその上流域をいずれも詳細に研究することを可能にしています。

観測装置について

Geotail は、以下の7つの観測装置を搭載しています。プラズマと粒子の計測は、磁気圏の研究において非常に重要です。Geotail には、4 種類のプラズマ・粒子実験装置が搭載されており、そのうちの1つは銀河宇宙線のエネルギー範囲まで測定可能です。これらの装置は、プラズマの密度、温度、速度、組成などを詳細に分析します。

Magnetic Field Experiment (MGF)

MGF は、地球の磁場を高精度で測定するための装置です。フラックスゲート磁力計とサーチコイル磁力計を使用して、50 Hz 以下の磁場を測定します。 フラックスゲート磁力計は、衛星から発生するノイズを低減するため、衛星に装備された伸展マストの 4 m と 6 m の位置に取り付けられています。 1～50 Hz（128 ベクトル・サンプル/秒）の周波数範囲の磁場の時間微分値は、探査機から 4 m 離れた 3 成分サーチコイル磁力計（別のマストに設置）によって取得されます。 これにより、磁気圏内の磁場の変動を詳細に解析することができます。

Electric Field Detector (EFD)

EFD は、プローブ法と電子ビーム法の2つの異なる方法で電界を測定します。プローブ法(EFD-P)は、衛星スピン軸に垂直な面内の電界を測定するもので、衛星から 50 m の距離に設置された 2 つの球体プローブ間の電圧差を測定します。電子ビーム法(EFD-B)は、人工的に放出された電子の回転中心のドリフト運動を測定して電界を求めます。 EFD はまた、周囲のプラズマに対する衛星の電位を測定する機能と、イオンを放出することによって衛星の電位を制御する機能も持っています。 プローブ技術とビーム技術を同時に採用することで、電場測定の信頼性を大幅に向上させることができ、衛星の電位制御により、衛星の正電位にはじかれてしまう低エネルギーイオンを測定することができます。

Low Energy Particle Experiment (LEP)

LEP は、地球磁気圏（主に磁気圏尾部）と惑星間空間におけるプラズマと高エネルギー電子・イオンを微細な時間分解能で包括的に観測するために設計され、センサー（LEP-EA、LEP-SW、LEP-MS）の 3 つのユニットと共通のエレクトロニクス（LEP-E）で構成されています。 Energy-per-charge Analyzers (EA)は、数eV/q から43 keV/q のエネルギーパーチャージ範囲において、電子(EA-e)とイオン(EA-i)の3次元速度分布を同時かつ別々に測定します。EA の設計では、高分解能測定において十分な計数統計量で磁気圏尾部の微小プラズマを測定するための大きな幾何学的因子に重点が置かれています。 一方 Solar Wind ion analyzer(SW) は、太陽風イオンの電荷あたりのエネルギースペクトルを測定するために、幾何学的なファクターは小さいが、微細な角度分解能とエネルギー分解能を持っています。 EA と SW の両センサーでは、完全な3次元速度分布は 4 スピン周期でしか得られませんが、3 次までの速度モーメントはスピン周期（公称3秒）ごとに機上で計算されます。 Energetic-ion Mass Spectrometer(MS) は、イオン組成の3次元決定を行うことができます。 これにより、磁気圏内のプラズマの分布と動態を理解することができます。

Comprehensive Plasma Instrumentation (CPI)

CPIは、イオンと電子の三次元速度分布や質量/エネルギースペクトルを測定する装置で、高温プラズマ分析器、太陽風イオン分析器、イオン質量／エネルギー分析器の 3 つのプラズマ分析器で構成されています。 これらの分析器の単位電荷あたりのエネルギー（E/Q）範囲は、それぞれ 1.3 V - 48.2kV、145 V - 6830 V、1.3 V - 48.2 kV で、太陽風イオンや磁気圏内のプラズマの詳細なデータを提供します。

Energetic Particles and Ion Composition Instrument (EPIC)

EPIC は、地球の地磁気の尾の構成とダイナミクスを理解するために重要な粒子集団の特性を測定するように設計されおり、Supra-Thermal Ion Composition Spectrometer（STICS）センサー、STICS analog electronics、Ion Composition System（ICS）センサー、ICS analog electronics、Data Processing Unit（DPU）の 5 つのサブアセンブリで構成されています。 STICS センサーは、約4 π の角度をカバーし、30 keV から 230 keV/e までのすべてのイオンの電荷状態を決定し、7.5 keV/e 以上の電荷あたりの質量を測定することで、組成とスペクトルの観測を行います。 ICSセンサーは、?50 keV から 3 MeV までの陽子から鉄までの元素種のフラックス、組成、スペクトル、2つの極角にわたる角度分布、および32keV以上と110keV以上の電子フラックスの1平面における角度分布を提供します。 DPUは、Geotail ミッションの多くのフェーズを通してデータ収集を最適化するために、少数の中から選択される多数の動作モードの能力を提供します。

High Energy Particle Experiment (HEP)

HEP は、高エネルギーのイオンと電子を測定する装置で、5台の分光器（LD、BD、MI-1、MI-2、HI）で構成されています。 LD (Low energy particle Detector) と BD (Burst Detector) は、主に磁気圏尾部領域のプラズマダイナミクスを反映する電子、陽子、ヘリウム、酸素イオンを測定するために使用されます。 MI-1, MI-2 (Medium energy Isotope telescope-1, -2) と HI (High energy Isotope telescope) は、太陽フレア粒子や宇宙線粒子の同位体存在量を測定するために使用され、惑星間空間の物理的条件やこれらの粒子の起源を反映しています。

Plasma Wave Instrument (PWI)

PWIは、地球磁気圏内で発生する様々なプラズマプロセスによって生成される波動現象の特徴を調べるための装置で、Sweep Frequency Analyzer (SFA)、 Multi-Channel Analyzer (MCA)、Wave-Form Capture (WFC) の 3 つの受信機で構成されています。 SFA と MCA は波動スペクトル測定専用であり、WFC は測定されたプラズマ波動放射の 2 つの電場成分と 3 つの磁場成分の実際の波形をキャプチャするために使用されます。 電気成分については 5.62 Hz から 800 kHz の周波数範囲で、磁気成分については 5.62 Hz から 12.5 kHz の周波数範囲でプラズマ波を測定します。

得られた成果

地球規模でオーロラが突然明るく輝き始める原因について、オーロラ電子の源であるプラズマシートで、いくつかの大きな手がかりを発見しました。各国の衛星と協力して、爆発的なエネルギーの解放現象である磁気リコネクションの起こる場所やタイミングについて多くの新事実を見つけ出しています。

参考文献

装置論文