[論文レビュー] The Solar Orbiter Mission: an Energetic Particle Perspective

R. Gómez‐Herrero, J. Rodríguez‐Pacheco+28 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2017

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、太陽惑星探査機ミッションにおけるエネルギー粒子の観点を提示し、2 keV から 450 MeV/nuc の広いエネルギー範囲および角度範囲で電子、陽子、イオンを測定するエネルギー粒子探査機（EPD）アレイの役割に焦点を当てる。このミッションにより、特に太陽極域を直接観測可能な高傾き軌道と、太陽探査機プラス（Solar Probe Plus）とのマルチプラットフォーム連携によって、太陽高エネルギー粒子（SEP）の加速および伝播を、これまでにないイン・サイトおよびリモートセンシング観測が可能となる。

ABSTRACT

Solar Orbiter is a joint ESA-NASA mission planed for launch in October 2018. The science payload includes remote-sensing and in-situ instrumentation designed with the primary goal of understanding how the Sun creates and controls the heliosphere. The spacecraft will follow an elliptical orbit around the Sun, with perihelion as close as 0.28 AU. During the late orbit phase the orbital plane will reach inclinations above 30 degrees, allowing direct observations of the solar polar regions. The Energetic Particle Detector (EPD) is an instrument suite consisting of several sensors measuring electrons, protons and ions over a broad energy interval (2 keV to 15 MeV for electrons, 3 keV to 100 MeV for protons and few tens of keV/nuc to 450 MeV/nuc for ions), providing composition, spectra, timing and anisotropy information. We present an overview of Solar Orbiter from the energetic particle perspective, summarizing the capabilities of EPD and the opportunities that these new observations will provide for understanding how energetic particles are accelerated during solar eruptions and how they propagate through the Heliosphere.

研究の動機と目的

• 太陽系における太陽高エネルギー粒子（SEP）の注入、加速、輸送の背後にある物理的メカニズムを理解すること。
• 太陽のトランジエンスがエネルギー粒子放出を通じてどのようにハリオスフィアの変動を引き起こすかを調査すること。
• 太陽の磁場およびダイナモがハリオスフィア環境をどのように形作っているかを明らかにすること。
• イン・サイトおよびリモートセンシングデータを統合したマルチポイント観測を可能にし、源領域の特定を向上させること。
• 太陽探査機プラス（Solar Probe Plus）ミッションとの連携を活用し、異なる半径距離および磁場配置での同時測定を実現すること。

提案手法

• 太陽活動の主要プロセスが発生する内太陽系にアクセスできる、近日点が0.28 AUの楕円軌道をとるSolar Orbiter宇宙機の利用。
• 電子（2 keV から 15 MeV）、陽子（3 keV から 100 MeV）、イオン（30 keV/nuc から 450 MeV/nuc）を広いエネルギー範囲で測定可能な、複数センサを備えたエネルギー粒子探査機（EPD）アレイの採用。
• Solar Orbiterのペイロードによる高分解能リモートセンシング観測とイン・サイト測定を統合し、粒子イベントとその太陽起源を結びつける。
• 1日あたり3600ビット/秒の帯域制限を満たすテレメトリーシステムを実装し、遅延の小さいデータダウンリンクと、半径距離に応じた適応的サイクリングを実現。
• 特に太陽探査機プラス（Solar Probe Plus）との協働観測を実施し、半径方向および磁場に沿った配置状態での観測を実現。
• 処理済みデータをCommon Data Format（CDF）形式で出力し、ESA科学データアーカイブに保存し、科学コミュニティへのアクセスを確保。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽の爆発的活動時に、太陽高エネルギー粒子（SEP）の注入および加速を支配する主要メカニズムは何か？
• RQ2 エネルギー粒子はハリオスフィアをどのように伝播するのか？また、惑間磁場構造はその輸送にどのような役割を果たすのか？
• RQ3 特に高傾き軌道時における、エネルギー粒子の性質が半径距離および太陽の赤緯にどのように変化するか？
• RQ4 コロナ磁場のトポロジーおよび太陽風の状態が、SEPsの空間的分布に与える寄与は何か？
• RQ5 Solar OrbiterとSolar Probe Plusによるマルチプラットフォーム観測は、半径勾配および磁場に沿った粒子伝播の理解をどのように向上させるか？

主な発見

• エネルギー粒子探査機（EPD）は、2 keV から 450 MeV/nuc の範囲で、高サイクルの多種粒子測定を提供し、SEPの源集団および加速プロセスの包括的解析を可能にする。
• 近日点が0.28 AUで、軌道傾きが最大約33度に達するため、太陽極域の直接観測と、活発な太陽領域の準共回転的モニタリングが可能となる。
• ミッションのテレメトリーシステムにより、運用のための最小限の科学データが毎日ダウンリンクされ、帯域幅の制限を考慮し、近日点近傍では高サイクルの科学データが優先される。
• 太陽探査機プラス（SPP）との連携観測により、太陽源領域（SPP：10太陽半径未満）と大距離（Solar Orbiter：0.28 AU）での同時イン・サイト測定が可能となり、半径勾配の研究が可能になる。
• 半径方向アレイおよび磁場に沿った観測を含むマルチポイント構成により、惑間磁場線に沿った粒子輸送および横方向拡散の役割の解明が可能となる。
• EPDの処理済みデータはCommon Data Format（CDF）形式で出力され、ESA科学データアーカイブに保存され、科学コミュニティの長期的アクセスが保証される。