[論文レビュー] Solar Orbiter: Exploring the Sun-heliosphere connection

Daniel Mueller, R. G. Marsden+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2012

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 120被引用数 22

ひとこと要約

Solar Orbiterは、太陽-ヘリオスフィアの関係を解明するために、太陽に0.28 AU以内に近づいた状態で、地上観測と高分解能の遠隔観測を組み合わせたESA-NASAの共同ミッションである。この独自の組み合わせにより、太陽がヘリオスフィアをどのように駆動するかを解明する、前例のないイン・サイトおよび画像連携が可能となり、ヘリオフィジックス分野における画期的な進展をもたらす。

ABSTRACT

The heliosphere represents a uniquely accessible domain of space, where fundamental physical processes common to solar, astrophysical and laboratory plasmas can be studied under conditions impossible to reproduce on Earth and unfeasible to observe from astronomical distances. Solar Orbiter, the first mission of ESA's Cosmic Vision 2015-2025 programme, will address the central question of heliophysics: How does the Sun create and control the heliosphere? In this paper, we present the scientific goals of the mission and provide an overview of the mission implementation.

研究の動機と目的

• ヘリオフィジックスの中心的問題に答えること：太陽はどのようにしてヘリオスフィアを創出し、制御するか？
• 太陽に近い位置でプラズマおよび磁場特性を測定することで、太陽風およびコロナ磁場の起源を解明すること。
• 太陽のトランジエンツおよび爆発的現象が、どのようにしてヘリオスフィアを満たす高エネルギー粒子放射を生成するかを理解すること。
• 複数地点・複数機器による観測を通じて、太陽発電ダイナモが太陽-ヘリオスフィアの関係をどのように駆動するかを調査すること。
• 特に高磁緯度地域において、高空間・時間分解能で太陽のイン・サイトおよび遠隔観測を同時に実施すること。

提案手法

• 太陽に0.28 AU以内に安全に接近できるように、熱シールドおよび両面非対称太陽電池アレイを備えた3軸安定化宇宙船を用いる。
• EPD、MAG、RPW、SWAなどのイン・サイト機器を組み合わせ、太陽風プラズマ、磁場、波動、および高エネルギー粒子を直接測定する。
• EUI、METIS、PHI、SoloHI、SPICE、STIXなどの遠隔観測機器を搭載し、太陽の大気およびコロナの全円および高分解能の画像、分光、偏光測定を実施する。
• 地球および金星の重力スイングバイを用いて、最大磁緯度25°（通常運用）および最大36°（延長ミッション）に達する太陽中心軌道を実現する。
• 近日点および磁緯度極値付近に集中した、各軌道ごとに3回、10日間の高レート観測ウィンドウを実施し、遠隔観測機器の科学的成果を最大化する。
• イン・サイトおよび遠隔観測機器間の協調観測を可能にし、太陽風構造とその太陽表面からの起源を結びつける。ミッション設計は、惑星接近ミッションに類似している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽風はどのような要因によって駆動され、コロナ磁場はどこから起源をもつのか？
• RQ2 太陽のトランジエンツはどのようにしてヘリオスフィアの変動を引き起こすのか？
• RQ3 太陽の爆発的現象は、どのようにしてヘリオスフィアを満たす高エネルギー粒子放射を生成するのか？
• RQ4 太陽発電ダイナモはどのようにして機能し、太陽とヘリオスフィアの関係を駆動するのか？

主な発見

• Solar Orbiterは、太陽風プラズマ、場、波動、および高エネルギー粒子を、最小0.28 AUの距離でイン・サイト測定する。この距離では、太陽風は比較的純粋な状態を保っている。
• このミッションにより、傾斜した軌道から高分解能の画像および分光観測を同時に実施し、太陽風構造とその発生源領域を直接結びつけることが可能になる。
• 1台の宇宙船にイン・サイトおよび遠隔観測機器を搭載したこの組み合わせにより、過去のミッションでは達成できなかった科学的成果が得られ、特に太陽風の起源およびコロナ磁場構造の解明が可能になる。
• 金星の重力スイングバイを用いたミッション軌道設計により、磁緯度最大36°まで到達可能となり、太陽の極域を初めて高分解能で多点観測する。
• 0.16 AUまで到達するNASAのSolar Probe Plusと協調観測することで、より近接した距離での補完的イン・サイト測定が可能となり、内側ヘリオスフィア全体の科学的成果が向上する。
• ミッションの科学運用は、各軌道に3回の10日間の高レート観測ウィンドウに分かれており、近日点および高磁緯度通過時にデータ収集を最大化している。イン・サイト運用は軌道全体にわたり継続的に行われる。