[論文レビュー] The Multiview Observatory for Solar Terrestrial Science (MOST)

N. Gopalswamy, S. Christe+55 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2023

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 4

ひとこと要約

太陽系・地球科学のためのマルチビュー観測所（MOST）は、太陽-地球L4およびL5ラグランジュ点に4基の宇宙船を配置するミッションを提案しており、太陽風構造、コロナル・マス・エジェクション（CME）、ストリーム相互作用領域の3次元イメージングおよびインサイト測定を可能にする。全4基の宇宙船に偏光電波送信機および受信機を備えた新規のファラデー効果トラッカー（FETCH）を搭載することで、ファラデー回折を用いて磁場成分を測定し、太陽サイクルにわたる内太陽系における磁化プラズマの包括的かつマルチポイント観測を実現する。

ABSTRACT

We report on a study of the Multiview Observatory for Solar Terrestrial Science (MOST) mission that will provide comprehensive imagery and time series data needed to understand the magnetic connection between the solar interior and the solar atmosphere/inner heliosphere. MOST will build upon the successes of SOHO and STEREO missions with new views of the Sun and enhanced instrument capabilities. This article is based on a study conducted at NASA Goddard Space Flight Center that determined the required instrument refinement, spacecraft accommodation, launch configuration, and flight dynamics for mission success. MOST is envisioned as the next generation great observatory positioned to obtain three-dimensional information of large-scale heliospheric structures such as coronal mass ejections, stream interaction regions, and the solar wind itself. The MOST mission consists of 2 pairs of spacecraft located in the vicinity of Sun-Earth Lagrange points L4 (MOST1, MOST3) and L5 (MOST2 and MOST4). The spacecraft stationed at L4 (MOST1) and L5 (MOST2) will each carry seven remote-sensing and three in-situ instrument suites, including a novel radio package known as the Faraday Effect Tracker of Coronal and Heliospheric structures (FETCH). MOST3 and MOST4 will carry only the FETCH instruments and are positioned at variable locations along the Earth orbit up to 20° ahead of L4 and 20° behind L5, respectively. FETCH will have polarized radio transmitters and receivers on all four spacecraft to measure the magnetic content of solar wind structures propagating from the Sun to Earth using the Faraday rotation technique. The MOST mission will be able to sample the magnetized plasma throughout the Sun-Earth connected space during the mission lifetime over a solar cycle.

研究の動機と目的

• コロナル・マス・エジェクションやストリーム相互作用領域などの大規模なヘリオスフィア構造の包括的3次元イメージングおよび時間分解能測定を達成すること。
• 太陽内部、太陽大気および内ヘリオスフィアの間の磁場連結性を理解すること。
• SOHOおよびSTEREOの科学的レガシーを発展させ、戦略的視点に次世代の機器を配置すること。
• L4およびL5に調整されたコンステレーションを用いて、1つの太陽サイクルにわたる内ヘリオスフィアにおける磁場プラズマのマルチポイント・マルチ機器観測を可能にすること。

提案手法

• 太陽-地球L4およびL5ラグランジュ点に2組の宇宙船を展開し、MOST1およびMOST2を安定したハロー軌道に、MOST3およびMOST4をL4から最大20°前方およびL5から最大20°後方の可変位置に配置する。
• MOST1およびMOST2に、7つのリモートセンシングおよび3つのインサイト機器セット（ファラデー効果トラッカー・コロナル・ヘリオスフィア構造; FETCHを含む）を搭載する。
• MOST3およびMOST4には、ヘリオスフィア基準長にわたる偏光電波送受信を可能にするFETCH機器のみを搭載する。
• ファラデー回折法を用い、宇宙船間の偏光電波信号の回転を分析することで、太陽風における線形磁場成分の視線方向成分を測定する。
• 4基の宇宙船が形成する基準長を活用し、内ヘリオスフィアにおける3次元磁場構造の三角測量と再構築を実施する。
• リモートセンシングおよびインサイト機器のデータ統合により、太陽風ダイナミクスおよび磁場構造の完全で時間分解能に優れた画像を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L4およびL5からのマルチポイント・マルチビュー観測は、内ヘリオスフィアにおけるコロナル・マス・エジェクションおよびストリーム相互作用領域の3次元再構築をどの程度向上させ得るか？
• RQ2 4基の宇宙船を用いて1AUの基準長にわたる偏光電波信号にファラデー回折法を適用した場合、その精度および感度はどの程度か？
• RQ3 太陽活動サイクルと関連して、太陽風における磁場構造は時間的・空間的にどのように変化するか？
• RQ4 FETCH機器セットは、ヘリオスフィア電流シートおよび惑星間衝撃波の3次元トポロジーをどの程度解像できるか？
• RQ5 複数の視点におけるリモートセンシングとインサイト測定の組み合わせは、太陽風加速および磁場再結合の理解をどの程度向上させるか？

主な発見

• MOSTミッションは、協調的なマルチスペースクラフト観測により、コロナル・マス・エジェクションやストリーム相互作用領域を含む大規模なヘリオスフィア構造の3次元マッピングを可能にする。
• ファラデー効果トラッカー（FETCH）は、宇宙船間の偏光電波信号を用いて、太陽風における視線方向磁場成分の直接的インサイト測定を実現する。
• L4およびL5に配置されたミッション構成と、MOST3およびMOST4による延長基準長により、内ヘリオスフィアにおける磁場構造の高精度な三角測量が可能になる。
• MOSTは1つの太陽サイクルにわたって運用されるように設計されており、磁場の進化および太陽風変動の長期的研究が可能になる。
• SOHOおよびSTEREOの後続として、強化された機器能力と新しい電波ベースの磁場測定技術を統合している。
• ナサ・ゴッドハード宇宙飛行センターでの研究により、ミッション成功に向けた宇宙船搭載、打ち上げ構成および飛行ダイナミクスの実現可能性が確認された。