あらせ
ARASE (ERG)

「キラー電子」はどこで作られるのか

放射線帯では、人工衛星へ障害を与えうる相対論的電子が短時間で増える一方、急に失われることもある。あらせは、電子19 eV〜20 MeVを6つの粒子観測器で連続的に覆い、MGFとPWEが磁場・電場・波動を同時に測る。粒子の分布だけでなく、加速や散乱を起こす波と同時に見ることが、ミッションの中心である。

570分の楕円が放射線帯を切る

科学観測軌道は近地点約460 km、遠地点約32,110 km、傾斜角約31°。約570分の一周ごとに内部磁気圏と放射線帯を横断し、低高度側から遠地点付近まで環境の変化をつなぐ。2016年12月20日の投入時は近地点約214 kmだったため、2017年1月7日までの軌道変更で近地点を上げて観測軌道を確立した。

全観測器を立ち上げ、科学運用へ

4本の15 mワイヤアンテナと2本の5 mマストを展開し、9つの観測系と観測計画ツールを順に確認した。2017年3月、全観測器の動作確認を終えて定常的な科学運用へ移行した。スピン位相、衛星自身の電磁雑音、検出器への粒子混入を較正情報として分離し、測定値が宇宙空間の現象を表す範囲を明確にする。

S-WPIAが波と粒子を同じ時計へ載せる

粒子分析器は一個ごとの到来時刻・エネルギー・方向を、PWEは電磁波の波形と位相を記録する。S-WPIAは高精度時刻で二つを対応させ、波と粒子の間で移ったエネルギーを衛星上で計算する。異なる観測器を物理的に直列へつなぐのではなく、同時データを相関させるソフトウェア観測である。

衛星と地上を磁力線で結ぶ

Van Allen Probes、PWING、CARISMA、EISCATなどと、同じ時刻・同じ磁力線領域を狙う同時観測を行う。あらせの局所測定、別の場所にいる衛星、地上から見る磁場・オーロラ・電離圏応答を重ねると、波や粒子が磁気圏のどこからどこへ伝わったかを追える。条件の合う時間帯は限られるため、軌道予報に基づく日々の観測計画そのものが科学を支える。

運用中のデータを公開し続ける

あらせは現在も運用中で、放射線帯電子の生成・消失、コーラス波、脈動オーロラ、磁気圏から電離圏への結合を観測している。ERG Science CenterとDARTSは、較正済みデータ、姿勢、軌道、時刻情報を公開し、地上・他衛星データとの再解析を可能にしている。

4本のワイヤと2本のマストを対称に展開

PWEの電場観測には4本の15 mワイヤアンテナを使い、MGFとPWEサーチコイルはそれぞれ5 mマスト先端へ置く。ワイヤは対ごとに、2本のマストも互いに向かい合って展開し、長さをそろえてスピン衛星の動的釣り合いを守った。

約8秒のスピンが粒子の方向分布を作る

スピン軸を太陽方向から概ね15°傾け、約8秒で一回転する。たとえばLEP-eの扇形視野は一回転で空間を掃引し、16のスピン位相方向から3次元の電子分布を復元する。スピンは姿勢安定だけでなく、観測方法そのものでもある。

19 eVから20 MeVまでを6観測器で分担

LEP-e/i、MEP-e/i、HEP、XEPは、一つの粒子が順番に通過する装置ではない。異なるエネルギー帯と粒子種を独立に受け持ち、重なりを持つスペクトルとして統合する。これにより熱的粒子から放射線帯の相対論的電子までを一機で追える。

S-WPIAだけが粒子と波を計算上で結ぶ

粒子分析器は到来時刻・エネルギー・方向を、MGFとPWEは磁場と電磁波形・位相を測る。S-WPIAは共通の高精度時刻を使って両者を照合し、波から粒子へ、あるいは粒子から波へ移ったエネルギーを衛星上で計算する。この関係は物理的な直列配線ではなく、同時データの相関演算である。

搭載記録と地上連携までが観測装置

高時間分解能の波形・粒子イベントは搭載処理で選別し、MDRへ記録して地上へ送る。ERG Science Centerは較正、姿勢、軌道、時刻を統合し、地上観測網や他衛星のデータと合わせる。局所の波動粒子相互作用を磁気圏全体の変化へ拡張する設計である。