[論文レビュー] The Polarimetric and Helioseismic Imager for Solar Orbiter: SO/PHI

S. K. Solanki, J. C. del Toro Iniesta+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 5

ひとこと要約

Solar Orbiterミッションの極化およびヘルモセイズミックイメージャ（SO/PHI）は、2台の望遠鏡—全円盤型と高分解能型—を用いて、Fe I 617.3 nm線における全ストークスベクトルイメージングを実施し、高精度なベクトル磁場および視線速度マッピングを可能にしている。太陽系黄道面の上方にある独自の観測位置により、ステレオスコピック極化測定と、太陽極磁場およびその動態に関する画期的な観測が可能となる。

ABSTRACT

The {\em Solar Orbiter} is the next solar physics mission of the European Space Agency, ESA, in collaboration with NASA, with a launch planned in 2018. The spacecraft is designed to approach the Sun to within 0.28\,AU at perihelion of a highly eccentric orbit. The proximity with the Sun will also allow its observation at uniformly high resolution at EUV and visible wavelengths. Such observations are central for learning more about the magnetic coupling of the solar atmosphere. At a later phase in the mission the spacecraft will leave the ecliptic and study the enigmatic poles of the Sun from a heliographic latitude of up to 33$^\circ$.

研究の動機と目的

• 太陽の光球におけるベクトル磁場および視線速度を測定し、太陽大気内での磁場結合の理解を深める。
• 太陽-地球線から離れた位置で運用することで、磁場測定における180°の不確実性を低減し、ステレオスコピック極化測定を可能にする。
• 黄道面の上方から観測するという独自の視点を活かし、初めての高緯度ベクトル磁場マップを提供し、極域磁場測定を向上させる。
• 表面および表面下の流れを、太陽の赤緯度33°まで測定することで、ヘルモセイズミック研究を支援する。
• 高精度・高コマレートのデータを提供し、太陽表面の動態とコロナおよび太陽系空間の変動との関連を解明する。

提案手法

• 200 kmの空間分解能を達成する全円盤型望遠鏡（FDT）と高分解能型望遠鏡（HRT）を併用し、同時に観測を行う。
• LiNbO3固体エタロンと3 Åのプリフィルタを備えたフィルタグラフ（FG）を用い、Fe I 617.3 nm線を100 mÅのバンド幅で分離して測定する。
• 2つのネマチック液晶遅延板と線形偏光子（PMP）を用いた偏光モード制御により、全ストークスパラメータの測定を実現する。
• アクティブな熱安定化（FGで±0.045 K、PMPで±0.5 K）と、高透過率・低放射率のマルチレイヤー・フィルタ窓を採用し、熱負荷を最小限に抑える。
• 地上での非線形最小二乗逆問題解法を用いて、放射輸送方程式を解き、ストークスデータからベクトル磁場、視線速度、強度を復元する。
• テレメトリ制約を満たすために、リアルタイムで適応的かつ効率的な機載データ圧縮と低減処理を実行するデータ処理ユニット（DPU）を搭載する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、空間で高空間・高時間分解能を実現しながら、高精度なベクトル磁場測定を達成できるか？
• RQ2 特に高緯度域において、太陽光球およびコロナ内の磁場の動態と構造はどのようなものか？
• RQ3 ステレオスコピック極化測定は、ベクトル磁場測定の精度を向上させ、180°の不確実性をどのように低減できるか？
• RQ4 高緯度域の磁場および流れは、太陽発電磁気ダイナモおよび太陽系空間の変動にどのような役割を果たすか？
• RQ5 太陽表面の磁場および流れは、太陽風およびコロナ構造の発生にどのように関連しているか？

主な発見

• SO/PHIは、太陽表面で200 kmの空間分解能を達成し、光球磁場特徴の高精度なマッピングを可能にしている。
• Fe I 617.3 nm線における全ストークスベクトル測定を実施しており、ベクトル磁場および視線速度の高精度な決定が可能である。
• SO/PHIは、太陽-地球線から離れた位置で運用する初めての太陽極化計器であり、ステレオスコピック極化測定と、磁場ベクトル再構成の向上を実現している。
• 独自の観測位置により、黄道面の上方から初めての直接的高緯度ベクトル磁場マップが得られ、最大33°の磁緯度までカバーしている。
• 機載データ処理により、放射輸送方程式の非線形逆問題を用いてデータ量を圧縮し、テレメトリ制限内で高コマレートの科学的データ製品を提供可能としている。
• 本機器は、重要な設計レビューを通過し、定格段階に移行しており、飛行モデルの納品は2016年を予定、打ち上げは2018年を予定している。