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SELENE（かぐや）による高精度測月 ○岩田隆浩 *（ JAXA ・ ISAS ） 、並木則行（九大理）、 花田英夫、松本晃治、野田寛大（天文台）、 RSAT/VRAD ミッショングループ

「高精度アストロメトリ観測の時代を迎えた 21 世紀の天文学」研究会　　　　　　　　 Sep. 19-20, 2007. SELENE（かぐや）による高精度測月 ○岩田隆浩 *（ JAXA ・ ISAS ） 、並木則行（九大理）、 花田英夫、松本晃治、野田寛大（天文台）、 RSAT/VRAD ミッショングループ * iwata.takahiro@jaxa.jp. 月周回衛星「かぐや」（ SELENE ）のミッション. ◇ 月の起源と進化の解明のため、 　グローバルマッピング観測を行う ◇打上げ： 2007 年 9 月 14 日 （ H-IIA ）

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SELENE（かぐや）による高精度測月 ○岩田隆浩 *（ JAXA ・ ISAS ） 、並木則行（九大理）、 花田英夫、松本晃治、野田寛大（天文台）、 RSAT/VRAD ミッショングループ

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Presentation Transcript

  1. 「高精度アストロメトリ観測の時代を迎えた21世紀の天文学」研究会　　　　　　　　Sep. 19-20, 2007 SELENE（かぐや）による高精度測月 ○岩田隆浩*（JAXA・ISAS）、並木則行（九大理）、 花田英夫、松本晃治、野田寛大（天文台）、 RSAT/VRADミッショングループ * iwata.takahiro@jaxa.jp

  2. 月周回衛星「かぐや」（SELENE）のミッション ◇月の起源と進化の解明のため、 　グローバルマッピング観測を行う ◇打上げ：2007年9月14日（H-IIA） ◇主衛星＋２機の小型衛星 　（Rstar/Vstar） 多様な観測手法（14観測機器）による全球観測 　＋　ハイビジョンカメラでの撮像

  3. Rstar 軌道 Rstar 100×2400km Vstar Vstar 軌道 100×800km 観測軌道 100×100km 月遷移軌道 → 地球を２周回るフェージング軌道 ミッションプロファイル：月への道のり 月に到着 10月3日頃 軌道傾斜角 i=90deg 月 11.月周回軌道投入 　　リレー衛星分離 VRAD衛星分離 　　６回のマヌーバ H-IIAロケットでの打上げ 9月14日 10:31:01 12.観測 　　（１年間） 地球 月周回軌道投入後に、 リレー衛星（Rstar）と VRAD衛星（Vstar）が 分離される 10月9日, 12日頃 10.ミッドコース 　　マヌーバ２ 1.打上げ 6.恒星捕捉 7.高利得ｱﾝﾃﾅ展開 8.通信リンク確立 9. ミッドコースマヌーバ１ 2.月遷移 　軌道投入 3.H-IIA 　第２段分離 4.太陽捕捉 5.太陽電池パドル展開

  4. N | s{Cnm, Snm}| = [S {C2nm + S2nm}]1/2 = 35.7 x 10-5n-2 m=0 ・実際の重力場 縁辺部 ・観測される重力場 Sugano (2004) Lunar Prospectorまでの月重力場計測の制約 高次側はKaula (1966)の拘束条件を仮定 2ｳｪｲ RARR ← ∝ n-2 摂動方向 Apollo, CLEMENTINE Lunar Prospector, etc. 地球 地球局 ２ウェイRARR（測距・距離変化率）計測 →軌道の摂動から重力場分布を推定 １）月の表側のみ直接RARR計測 ２）地球局の原子標準（水素メーザ）に依存 　　　　　　　　↓ １）裏側の重力場は表側の軌道から推定、 　縁辺部の感度も悪い。 ２）測定精度向上に限界

  5. Imbrium Serenitatis Crisium Nectaris Humorum Orientale LP165P 月重力場地図：表（左）と裏（右）のリアリティ比較 表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　裏 →裏側の重力場地図は疑わしい ■表側のmascon、　○裏側のmascon候補 (Konopliv et al. 2001より Sugano 2004が改変)

  6. 主衛星 （月裏側） Rstar 4ｳｪｲﾄﾞﾌﾟﾗ 2ｳｪｲ RARR + 4ｳｪｲ ﾄﾞﾌﾟﾗ 2-way RARR 地球 JAXA臼田局(UDSC) 改善 RSAT：リレー衛星による月裏側4wayドプラ計測 月裏側の重力場の直接観測 月の裏側を飛行中のSELENE主衛星の軌道を、Rstar経由で計測する。 　　　　　　　↓ 月の裏側の低い軌道を初めて直接観測し 、Kaula (1966)の拘束条件に依らず重力場を決める。 JAXA臼田局(UDSC)

  7. Rstar Vstar 月 ・実際の重力場 縁辺部 VERA水沢局 相対VLBI ・観測される重力場 地球 VLBI局(天文台VERA４局,上海,烏魯木斉, 豪Hobart,独Wetzel) Sugano (2004) VERA石垣島局 改善 VERA小笠原局 VRAD：衛星電波源の多周波相対VLBI観測 月縁辺部の重力場精度の改善 月重力場の低次項の精度改善 RstarとVstarから発信される電波を多周波相対VLBI観測する。 　　　　　　　　↓ RARRより約２桁高精度の位置決定、視線垂直面方向の改善を行い、重力場の低次項を改善する。

  8. 電波源 ２π ２π より波長の長い観測電波と、 合成周波数から決定する ２π 電波源 ２π VRAD周波数 ・2212 MHz ・2218 MHz6 MHz ・2287 MHz75 MHz ・8456 MHz ２π 欠測 多周波を用いた位相遅延決定の概念 位相遅延→2π（1波長）を超えると 不確定性が解けない VRADの周波数の条件 ・電離層補正のため、Ｓ帯とＸ帯を同期させる。 f (X) = (n/m) f (S) ・位相差の不確定性を解くため、Ｓ帯に３波、 　Ｘ帯に１波を配置する。 fi+1 < (2p / df) fiwhere df = 10 deg

  9. 裏 表 LP SELENE SELENEによる月重力場の改善 selenoid（等重力potential面）高誤差の改善 RSATのカバレッジ ●2-way RARR●4-way Doppler 重力場係数の改善 Matsumoto et al. (2006)

  10. 月の内部構造： 高次：クレータのAiry isostasy Mascon（玄武岩マグマの過剰質量） 　　　表裏２分性？ 低次：コアの物理 Masconの影響 重力/地形振幅比 重力異常の波長依存性 惑星表面地形と重力の関係：補償メカニズム ・Airy isostasy ・Pratt isostasy ・lithosphereの弾力性 ・対流するマントルの動圧 　　　→波長への依存性 制約：裏側データの欠如 ←Konopliv et al. (1998) ↑Ojima et al. (1999)

  11. Compensated (Isostasy) Uncompensated Bouguer ←高度補正＋ブーゲー補正 ←高度補正 　　　　　　←地形 Free Air Moho Long Short Lithosphere（岩石圏） Asthenosphere（岩流圏） 地形と重力異常との対応 Schickard (Uncompensated) Mee (Uncompensated) Sugano (2004) Schiller-Zucchius (Compensated) 地殻均衡のスケール → lithosphereの厚みに制約 Topography [km] Bouguer [mgal] Free Air [mgal] 衝突盆地の進化 ・Mare basaltの噴出量 ・lithosphereの弾性厚さ ・Mantle plugの上昇量

  12. マスコン（anomaly mass concentration）の起源 Sugano (2004) Nectaris Basin ; d = 860 km (Mascon) Rupes Altai : multi-ring structure (uncompensated) Masconの過剰質量の起源： ・クレータ形成後の高密度マントル物質の貫入 ・盆地への溶岩の集積 　（Solomon and Head 1979） ←Mare Orientale（東の海）： 　重力場と地形画像との比較（青島 1999）

  13. Callisto Fe/FeS mixture C/MR2=0.406→0.3537 ? Si Io Moon C/MR2=0.3770 size ? density ? C/MR2=0.3932 月重力場計測とコア密度の推定 比較： LLR（レーザ測距） 0.394±0.002 　　　↓ 衛星測距（LP75G） 0.3932±0.0002 　　　↓ Fe-richが判明 →Feコアの場合 　半径；320+50/-100km (Konopliv et al. 1998) 　　　↓ VRADで精度改善 月の慣性モーメント？ C / MR2 = 0.4 ; 一様球 < 0.4 ; コア cf. 地球 = 0.33、火星 = 0.365 重力場の２次の係数に依存： C / MR2 = 4 C22 ／γ I / MR2 = 4 C22(3+β+γ-βγ)／3γ(1+β) 力学的扁平率：β= (C-A) / B, γ= (B-A) / C 　　　　　　　（A, B, C：主慣性能率）

  14. 月の強制秤動とラブ数 LLR（Williams et al., 2004 ） 0.0227±0.0025 vs. 衛星測距（LP165P; Konopliv et al., 2001 ） 0.026±0.003 　　　↓ VRADで精度改善 （月ephemeris精度:5mが限界） C21, S21の時間変動 　→Love数 k2：起潮力に対する変形しやすさ 強制秤動の時間変動（from LLR） 　→Q値：トルク変動によるエネルギー散逸 　　　　　　　　↓ 月震計の観測結果との相違 　→部分溶融層境界のエネルギー散逸を示唆 k2 > ~0.10 → 流体核 　地球：0.3 　火星：0.06-0.15 ? 月の強制秤動の振幅は 地球の強制章動の10倍 ↓ ~100”→内部構造を表す ~10”

  15. 小惑星への到達 太陽と月の精査 木星型惑星探査の開始と地球型惑星の探査 太陽系探査 太陽系辺境探査と地球型惑星の精査 「生命を育む環境の解明」への発展 月面開発活動への 展開の判断 本格的月開発への 展開の判断 極限地域からの自律的サンプルリターン 月面上広域ネットワーク探査 本格的インフラ技術の蓄積 月面詳細地図 着陸技術習得 月面地質探査 表面探査技術習得 月惑星開発技術 「人類の活動範囲の拡大」への発展 月面天文台 SELENE-2 SELENE 国際月有人活動 ILOM計画　　　　　　　LLFAST計画 月惑星開発技術と太陽系探査のフロー 20052010201520202025

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