X線マイクロカロリメータによる新しい惑星科学の開拓

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本研究の目的は、惑星の最外大気層である外圏が太陽風の重イオンと電荷交換反応(Solar Wind Charge exchange;SWCX)を起こすことで放出されるX線を観測し、天体の希薄な大気組成や分布を、太陽活動による変動も含めて特定し、X線観測をプローブとした惑星科学を開拓することである。そのために私は、ASTRO-H衛星に搭載されるマイクロカロリメータ(Soft X-ray Spectrometer;SXS)による世界初の宇宙観測成功に向けたデバイス作りと試験を行っている。私は共同研究者とともに、SXSの冷却に使用する超流動ヘリウムの蒸発量を抑えるために、最適なデバイスの選定を進めてきた。今年度はエンジニアリングモデルを使い、衛星打ち上げ時の振動にデバイスが耐えることを確認する試験を行い、試験前後での性能評価を行った。その結果、振動試験後もデバイスが性能を保持していることが確かめられた。また、SXSシステムに組み込み、ヘリウムタンクに本番相当の熱流入がある中での性能試験も行い、要求を満たすことを確認した。惑星X線の観測については、「すざく」打ち上げ後の2005年8月から2011年9月までの全観測データを解析し、地球外圏からのSWCX放射を含んでいるデータを探した。2031データ中38データで地球由来のSWCX放射を検出し、視線方向や観測時期の太陽活動などによる放射強度の比較を行った。その結果、太陽側に限らずあらゆる方向からSWCXによるX線が放射されていることが分かった。また、太陽風イオンフラックスとX線フラックスから地球外圏の大気密度を計算したところ、太陽活動によって外圏密度が変動している様子を捉えることができた。これを外圏の大気密度モデルと比較した結果、モデルの不定性が大きい高高度(～30地球半径)まで外圏が広がっている可能性が示唆された。これらの解析結果は博士論文としてまとめた。