立教大学

地球水素コロナの撮像は1972年4月にアポロ16号の宇宙飛行士によって月から行われましたが、それ以降、地球水素大気の外側から全体像を捉える機会はありませんでした。一方、アポロ計画以降も、地球近傍では地球水素コロナの観測が続けられ、水素大気分布に関する情報が蓄積されました。これらの情報をもとに、遠方の領域の分布を推定した結果、磁気圏活動によって赤道方向に膨らむような形状になると推測されていました（図2b、c）。しかし、これまでに行われた観測では、遠方まで広がる水素大気の全体像を正しく捉えられているかどうかは不確実なままでした。

そこで、亀田准教授と研究室の学生を中心とする研究チームは、地球水素コロナを深宇宙空間から撮影することを目的にLAICAを開発。望遠鏡の設計・組み立てから、ロケット発射の衝撃や探査機内で想定される温度変化に対する耐久性を確認する実験まで、亀田研究室の学生が中心となって実施し、計画開始からわずか半年で完成させました。望遠鏡はガラス鏡と金属の構造体で構成されており、宇宙でも使えるようにするためには特殊な接着技術が必要でしたが、立教大学池袋キャンパスの実験室内で試行錯誤を重ねて、新たな接着方法を開発しました。使用材料の指定や接着作業にかける時間など、その手順を示す資料は20ページ以上のものとなりました。このように緻密な準備によって、ロケットの打ち上げや宇宙の環境に耐えられる望遠鏡を完成させ、2014年12月に「PROCYON」に搭載され、宇宙に打ち上げられました。

地球や太陽系の惑星だけでなく、太陽系外の惑星でも水素大気が検出されています。地球では、金星・火星と異なり、海洋の存在によって水素大気が大きく広がっています。その広がりを捉えることで、地球のように海があり生命をはぐくむ可能性のある惑星か、金星・火星のように荒れ果てた惑星か区別することができるため、水素大気の観測は、地球に似た惑星の探索のために重要と考えています。立教大学を中心とする研究チームでは、ロシアが打ち上げ予定の口径1.7mの紫外線望遠鏡「World Space Observatory Ultraviolet（WSO-UV）」にLAICAと類似した観測装置の搭載を検討しており、観測装置の受け入れ意思が表明されています。

PROCYON計画参加当時は、LAICAの開発期間の短さに加え、深宇宙の超小型探査機自体が世界初の試みであったため、その実現性を危ぶむ声もありました。立教大学の研究チームは他にも「はやぶさ2」のカメラ開発に参加しており、その開発スケジュールも厳しいものであったため、LAICAの開発を不安視するような意見もありました。しかし、LAICAは、計画開始からわずか半年で、これまで深宇宙探査機に搭載されてきた観測機器の10分の1程度の予算で開発され、今後の超小型計画による開発の短期間化・低コスト化にもつながると考えられていました。また、その当時から、本研究チームは地球型系外惑星系の研究には紫外線観測が重要であると考え、なんとしてもこの計画で成果を上げることを目指していました。次のステップとして少しだけ装置を大型化し、超小型から小型計画への移行を想定していたところ、ロシアが検討中の大型計画から声がかかったことは非常に幸運であると考えています。この貴重な機会を逃さないために、太陽系外の地球型惑星の観測に向けて立教大学ではさらなる装置の性能向上に向けた技術開発を進めていきます。

雑誌名：Geophysical Research Letters
論文タイトル：Ecliptic north-south symmetry of hydrogen geocorona
（10.1002/2017GL075915）

著　者：亀田　真吾（立教大学）
池澤　祥太（立教大学大学院（2016年修了））
佐藤　允基（立教大学大学院（2015年修了））
桑原　正輝（東京大学大学院）
長田　直也（立教大学大学院）
村上　豪（宇宙航空研究開発機構）
吉岡　和夫（東京大学大学院）
吉川　一朗（東京大学大学院）
田口　真（立教大学）
船瀬　龍（東京大学大学院）
杉田　精司（東京大学大学院）
三好　由純（名古屋大学宇宙地球環境研究所）
藤本　正樹（宇宙航空研究開発機構）

本成果の一部は、私立大学戦略的研究基盤形成支援事業（S1411024）、立教大学学術推進特別重点資金、JSPS科研費16H04059、15H05815、 25120006、先端研究拠点事業「惑星科学国際研究ネットワークの構築」の助成を受けたものです。