1. 計画の概要
 PhoENiX計画は、磁気リコネクションに伴う粒子加速の理解を科学目的とした衛星計画で、磁気リコネクションが引き起こす太陽フレアを観測対象とし、粒子加速場所の特定、加速の時間発展の調査、加速の特徴の把握を目指す。そのための観測手法として、高いダイナミックレンジを確保した軟X線〜硬X線の2次元集光撮像分光観測と、高精度の硬X線〜軟ガンマ線の偏光分光観測を行う。これらの観測手法を用いた太陽フレア観測は、世界初の試みであり、高精度ミラーと高速度カメラ・高精度検出器を用いて実現する。衛星の打ち上げは、次の太陽活動極大期付近である2025年頃を目指している。

2. 目的と実施内容
 太陽フレアは、磁気リコネクションとそれに関連する電磁流体的構造の全体を空間・時間分解して観測できる唯一の観測対象である。この観測対象に対し、加速電子の検出に適したエネルギー帯(軟X線〜硬X線帯域)において、空間・時間・エネルギー分解能を持つ観測を、世界で初めて行う。加えて、硬X線〜軟ガンマ線帯域においては、偏光情報の測定(空間分解能なし)も行う。これらにより、太陽フレアにおける粒子加速場所の特定、加速の時間発展の調査、加速の特徴の把握を目指す。
 軟X線〜軟ガンマ線帯域は、地球大気によって吸収されるため、宇宙からの観測が必須である。また、太陽フレアの発生予測は困難であり、定常的な観測を必要とする。加えて、太陽フレアの構造を分解するために秒角レベルの空間分解能が必要であり、数メートルのサイズの望遠鏡を要する。以上より、本計画は、JAXAの公募型小型程度の人工衛星が必要であり、コストは150億円規模の計画となる。

3. 学術的な意義
 高エネルギー粒子(加速された粒子)は宇宙の至る場所で発見されているが、「加速粒子の起源は何か?」という問題は宇宙科学における未解決の難問である。そのため、粒子加速の研究は、様々な宇宙プラズマに対して行われている。太陽フレアにおける粒子加速研究も衛星観測を核として国際的な枠組みの中で進められてきた。直近では、観測ロケット実験FOXSIシリーズ(3度打ち上げを実施した)を日米の協力で実施し、成果を挙げた。この様な土壌もあり、PhoENiXは、次世代の研究の核となる衛星として、国際的な連携のもとにその計画を推進している。また本計画は、学際という観点でも意義を持つ。PhoENiXで得られる知見(項目2に記載)は、プラズマ環境の違い、得られる情報の質的違いという点で、地球磁気圏や高エネルギー天体の観測で得られている粒子加速の知見と相補的である。これらの知見を合わせることは、統一的な粒子加速の理解の第一歩となり、高い学術的意義を持つ。

4. 国内外の動向と当該研究計画の位置づけ
 PhoENiX計画の持つ学術的意義により、粒子加速を研究する研究者による分野横断型のコミュニティが形成されつつある。このコミュニティには、太陽物理学、地球磁気圏プラズマ、高エネルギー宇宙物理学、プラズマ実験室の既存コミュニティに所属する研究者らが参加しており、本計画の屋台骨となっている。また、本計画に対しては、各既存コミュニティから支持を得ている。本計画は日本が立案、主導し、米国・スイスの研究者も参加する国際共同ミッションでもあり、本計画で得られたデータは、世界の科学コミュニティに対し公開する計画である。(公開の方法、タイミングについては検討中。)
 本計画は、2017年度から始動し、2017年9月にISAS/JAXA理学委員会内にワーキンググループ(以下、WG)を設立した。このWGには、先述の理学分野の研究者ら加え、計画推進に必要な技術を持つ工学分野の研究者らも加わり、総勢約60名が参加している。そして、2018年1月にはISAS/JAXAから発出された「平成29年度公募型小型・宇宙科学ミッションコンセプト提案」に応募した。科学目的などに一定の評価を受け最終選考まで残ったが、WGとして追加検討を行うべきということで、不採択となった。この指摘を受け、2018年度は、ISAS/JAXAの戦略的開発研究費を獲得し、検討を加速している。また、2018年9月には、PhoENiX衛星の科学的・技術的パスファインダーとなる観測ロケット実験FOXSI-3を打ち上げ、世界初の太陽軟X線集光撮像分光観測に成功した。この様に、PhoENiX計画の準備は着実に進んでおり、次の「公募型小型・宇宙科学ミッションコンセプト提案」の機会にブラッシュアップした案を提案する計画である。この機会は、約2年に1度あり、次回は2019年〜2020年頃である。
 太陽フレア観測は、太陽活動極大期(2025年頃)の計画実施が最適である。また折しも、2018年夏、16年間にわたって太陽フレアの硬X線観測を行なってきたRHESSI衛星が運用を終了し、現在、太陽フレアにおける加速電子の観測に空白が生じている。この点でもPhoENiX計画の実現は急務である。なお、米国では硬X線撮像観測を行うFOXSI衛星計画が提案されているが、FOXSI衛星で得られる主情報は「加速後の電子」の挙動である。一方、PhoENiX計画は、軟X線撮像分光観測を中心に実施し、「加速中の電子」の挙動を捉えることで、フレアのMHD構造の中で加速領域を位置付け、電子加速過程の理解を目指すというものである。この様に、これら2つの計画で得られる知見は質的に異なり、相補的である。
 本計画によって、粒子加速の理解という科学課題を核とした新しいコミュニティの枠組みが国内に形成された。このコミュニティをPhoENiX計画(太陽観測)だけで終わらせることなく、宇宙プラズマ中の粒子加速を対象とした研究推進やミッション立案の母体として発展させていくことも考えている。

5. 実施機関と実施体制
実施体制は、項目4に記載の体制も含め、宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所(以下、ISAS/JAXA)の公募型小型計画の枠組みの中で構築することを計画している。従って、実施機関としては、ISAS/JAXAを想定している。大学からも、広島大学、名古屋大学、大阪大学などの研究室が組織的に参加している。また、自然科学研究機構・国立天文台との協力体制の構築も視野に入れている。

6. 所要経費 
・ミッションコンセプト検討(2018年度〜2019年度): 1億円(概算) − ISAS/JAXAの戦略的開発研究費を用いて実施中。2019年度も実施予定。
・ミッションコンセプト提案〜運用(2019年頃〜2027年頃):150億円(概算;日本負担分) − ISAS/JAXAの公募型小型計画の枠組みの中で実施予定。
※海外負担分は約10億円で、海外の公募の枠組み (米国のMission of Opportunity など) に申請し確保する予定。
・延長運用(2028年頃〜): 年間1.2〜1.5億円(概算)

7. 年次計画または進捗状況
・ミッションコンセプト検討: 2018年度〜2019年度
・ミッションコンセプト提案: 2019年頃 (宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所による「公募型小型計画」の次回公募を想定)
・観測装置デザイン、製作、試験: 2020年頃〜2025年頃
・打ち上げ(観測開始): 2025年頃
・運用: 2025年頃〜2027年頃(ミッションライフタイム:2年間)
・延長運用: 2028年頃〜

8. 社会的価値
 太陽は人類に最も身近な天体であり、そこで起きる現象の理解は知的価値だけに留まらない。例えば、太陽フレアで発生する粒子加速により生成される高エネルギー粒子やX線などの電磁波は、地球周辺の宇宙環境に大きな影響を及ぼす。本計画が目指す粒子加速過程の理解は、フレアによる宇宙天気変動の理解や、社会環境への影響の把握を通じて社会へ貢献し得る。また、日本は1980年代から世界のX線観測をリードし第一級の科学成果を創出してきたが、PhoENiX計画は、X線観測を発展させてきた高エネルギー宇宙物理分野と太陽分野の連携の系譜を汲んだミッションであり、日本が育んできた科学研究、高等教育、観測技術を継続・発展させていく上でも重要である。本計画では、高精度ミラー、半導体検出器、金属3Dプリンターなどの最先端技術を活用しており、産業分野への波及効果も期待できる。

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