[論文レビュー] Astrophysics Conducted by the Lunar University Network for Astrophysics Research (LUNAR) and the Center for Lunar Origins (CLOE)

Jack O. Burns, T. Joseph W. Lazio+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2012

Planetary Science and Exploration被引用数 3

ひとこと要約

このホワイトペーパーは、NACAの月科学研究所内でのLUNARおよびCLOEコンsortiumを通じて、月を物理学的・宇宙物理学的調査の戦略的基盤として活用することを提唱する。月の安定した無電波環境と低重力を利用し、宇宙の夜明け、新世界、および基礎物理学の分野における重要な宇宙物理学的目標を達成するため、月面望遠鏡の設置を提唱する。特に低周波数電波天文台と月面科学・宇宙論のためのイン・サイト計器に焦点を当てる。

ABSTRACT

[Abridged] The Moon is a unique platform from and on which to conduct astrophysical measurements. The Lunar University Network for Astrophysics Research (LUNAR) and the Center for Lunar Origins and Evolution (CLOE) teams within the NASA Lunar Science Institute (NLSI) are illustrating how the Moon can be used as a platform to advance important goals in astrophysics. Of relevance to Astrophysics and aligned with NASA strategic goals, all three of the primary research themes articulated by New Worlds, New Horizons in Astronomy & Astrophysics are being addressed by LUNAR and CLOE, namely Probing Cosmic Dawn, Understanding New Worlds, and Physics of the Universe

研究の動機と目的

• 月の特異な環境的利点を活用して、月を宇宙物理学の最良の基盤とする。
• 特に『ニュー・ワールズ、ニュー・ホライズンズ』に概説されたNASAの宇宙物理学戦略的目標を達成する。これには、宇宙の夜明けの探査、新世界の理解、および宇宙の物理法則の探求が含まれる。
• 月面に低周波数電波計器を開発・展開し、宇宙の暗黒時代および再電離時代を研究する。
• 月のレゴリスおよび宇宙天候プロセスのイン・サイト測定を可能にし、惑星科学および宇宙物理学的文脈を支援する。
• 月面からのマルチインストゥルメント・マルチ波長観測を統合し、宇宙論および惑星形成の根本的問題に取り組む。

提案手法

• 月の背面および高台地域を、地上およびイオン圏の電波干渉を最小限に抑えるための無電波地点として活用し、低周波数電波天文観測を実現する。
• 初期宇宙からの赤方偏移21cm水素線信号を検出可能な、感度が高くノイズの少ない月面電波アンテナネットワークを設計・展開する。
• ダストセンサーや放射線モニタ、地震計などのイン・サイト計器を統合し、月環境の特徴を把握するとともに、宇宙物理学的測定を支援する。
• アーテミスやCLARREOなど、既存および計画中の月探査ミッションを活用し、シスルナラス空間における計器性能とデータ伝送の妥当性を検証する。
• 微弱な宇宙論的信号を月の電波環境から抽出するために、高度な信号処理およびキャリブレーション技術を適用する。
• LUNARおよびCLOEネットワークを通じて、学術機関間の協働を図り、分野横断的連携と技術開発を促進する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 月の安定的かつ無電波環境は、宇宙の夜明けおよび再電離時代からの赤方偏移21cm線の検出をどのように可能にするか？
• RQ2 月面に設置する低周波数電波アレイの最適な場所と配置は何か？　感度とダイナミックレンジを最大化するには？
• RQ3 月面表面状態のイン・サイト測定は、月における宇宙物理学計器の設計および運用をどのように改善できるか？
• RQ4 月は、特にダークエネルギーおよびインフレーションの兆候を解明する上で、宇宙の物理法則の前進にどのような役割を果たせるか？
• RQ5 LUNARおよびCLOEを通じた国際的および多機関的協働は、月面宇宙物理学インfraの開発をどのように加速できるか？

主な発見

• 月は、初期宇宙からの赤方偏移21cm線を検出するのに特に適した、安定的かつ無電波の環境を提供する。
• LUNARおよびCLOEは、NASAの宇宙物理学および惑星科学分野の戦略的目標に合致した、計器概念およびミッション構想を開発中である。
• 月の背面は、地上電波周波数干渉から自然に遮断されるため、宇宙の夜明けを観測するにあたり最適な場所である。
• 放射線およびダスト環境を含む月面表面状態のイン・サイト測定は、長期的な計器の生存性とデータ品質を確保する上で不可欠である。
• LUNARおよびCLOEを通じた宇宙物理学的および惑星科学的目標の統合により、月探査と発見のための相乗的かつ包括的な戦略が可能になる。
• 本ホワイトペーパーは、月面宇宙物理学ミッションの推進を支援する基盤文書として機能し、今後の資金調達およびミッション開発を促進する。