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日本のX線天文衛星「ASTRO-H(ひとみ)」打ち上げの成功で注目されているX線って何?


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2016年2月17日、宇宙航空研究開発機構(JAXA)は6番目のX線天文衛星「ASTRO-­H(ひとみ)」の打ち上げに成功しました。今回の「ASTRO-H(ひとみ)」は、アメリカ、オラ­ンダ、イギリス、フランス、カナダ、スイス、アイルランドなどの機関(NASA、ES­Aを含む)が参加する国際プロジェクトとして推進されていまして、その中核に日本がいるということがとても素晴らしいですね。実際今回の成功は素晴らし快挙であると言われていますが、実際のところはどうなんでしょうか?

X線天文衛星の意義とは

X線天文衛星とは、宇宙からやって来るX線を観測する人工衛星のことで、宇宙空間に存在するx線専門の天文台です。この天文衛星「ひとみ」の観測機器の感度は前回打ち上げた5番目のX線天文衛星「ASTRO-EII(すざく)」と比べて最大100倍もあります。

2005年7月10日に打ち上げられたX線天文衛星「すざく」について、日本天文学会欧文研究報告(PASJ)の2007年1月号に掲載された論文には運用状態や科学機器の性能を紹介し、さらに科学的成果の可能性にも触れていますが、それは宇宙科学分野でもっとも多く引用された論文の一つになりました。「すざく」が多くの成果をあげ、国際的に注目されていたことが、データにも明らかです。はるかかに高性能となった「ひとみ」にはさらに素晴らしい成果が期待できる者として全世界の期待が集まっています。
「すざく」の論文を書いたJAXA宇宙科学研究本部の満田和久教授によれば、「直接観測できる物質のおよそ90%は絶対温度百万度以上の状態にあります。こうした、宇宙を満たす高温の物質はX線でなければ直接観測できません。その分布、温度、巨視的な動きなどは宇宙の歴史を反映しています。しかしながら、これらはじゅうぶん観測されてもいませんし、理解もされていません。これが、『すざく』が挑むもっとも重要な分野の1つです」と語り「宇宙の理解にはX線による観測が不可欠だ」とX線観測の意義を語っていました。

X線天文衛星「ASTRO-H」 / H-IIAロケット30号機 打ち上げライブ中継|Launch of ASTRO-H/H-IIA F30 Live Broadcast =録画=

X線で何が見えるの?

私たちに馴染みのX線は病院で撮ってもらうレントゲン写真や空港の手荷物検査で使われるX線です。X線の高い透過力を利用して、目では見えないモノを透視するものですがX線にももいろんな種類があるんだそうです。X線の波長は1nmから 0.01nm(ナノメートル)、可視光線の1000分の1から10万分の1です。特徴は波長が短いということで可視光線に比べて「屈折しにくい」「透過力が高い」「エネルギーが高い」ことです。

太陽や他の星たちもみんなX線を出していますのでX線は宇宙では普通に見られる光です。ただし観測衛星ではX線のみを解析するわけではありません。

宇宙には数億度という超高熱現象から、絶対零度に近いような超低温の現象まであって。そこで放たれる温度により様々な波長の光を出しています。

電波は絶対零度に近いような非常に冷たい領域で出ます。赤外線の領域では、他の天体の輻射熱や、物質同士の摩擦熱のようなせいぜい数百度までの現象を。可視光から紫外線にかけては数千度という温度の現象。私達が太陽や星星を観ることが出来るのはそれらの波長の光を目で見ることができるからです。さらに波長が短いX線やγ線を放出するのはブラックホールとかまた真逆の星の爆発などで、数万度から数億度という極限状態での現象です。

これらをすべての波長を捉えられる機器で分析するのが天文衛星の役割でです。

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それでも特にX線を重視しているのはなぜかといえば大量のX線を出しているのは超新星爆発やブラックホール、活動銀河核、銀河団。つまりは巨大な重力や爆発エネルギーを伴う活動をしているものです。たとえばブラックホールは光さえも外に出ることのできないほどの重力を持つ天体であるために全く見えないのですが、周囲の物質を引き込むときに強烈なX線を放射しています。こうした宇宙の創造に関わるのではないかと思われる現象をX線で観測することによって宇宙の進化を謎に迫ることが出来るのではないかと期待されているからなのです。

何故天文衛星を打ち上げるのか?

天文衛星ひとみ

引用元
http://www.jaxa.jp/projects/sat/astro_h/index_j.html

それでは。X線の観測は良いとして、なぜそのために天文衛星を打ち上げなくてはならないのはなぜでしょう。

それは宇宙からやって来るX線のほとんどは地球の大気によって吸収されてしまいま­すので地上からでは観測することが出来ないからです。

地上に届く波長

引用元
http://astro-h.isas.jaxa.jp/challenge/x-ray/

↑は大気圏外から来た光が大気圏に入ってからどのくらいまで届いているかを示す図ですが、この図で一番下の横線が平らなところだけが地上まで光が届いていることを示しています。電波とごく一部の赤外線、紫外線それと可視光線のところだけがたいらですのでそれのみが地上で観測できる光です。

また人間が観ることが出来る光線は地上に到達した光の中でもごく一部です。殆どの光を見ることが出来無いとすらいえます。宇宙のことを知るには電波望遠鏡やX線望遠鏡などが必要なのです。

地球に降り注ぐ光線

引用元
http://astro-h.isas.jaxa.jp/challenge/x-ray/

衛星打ち上げの高い成功率

X線天文学は1960年代に始まりましたがその初期から日本人は­研究に参加しており、1979年には日本初のX線天文衛星「CORSA-B(はくちょう)」が打ち上げられ­ました。

X線天文衛星はくちょう

引用元
http://www.isas.ac.jp/j/enterp/missions/hakucho.shtml

日本のロケット開発の歴史には山あり谷ありの涙無くしては語れない物語がありましたが、そのかいあって日本は科学衛星の世界では世界のトップリーダーとしてその存在感を際立たせています。

宇宙研物語にはスライドショーなどもあって日本の先人によるロケット開発の歴史が詳しく記されています。おすすめです。

今回30回目となったH2Aロケットですが、このシリーズでは失敗したのは6号機の1回のみです。成功率は世界最高水準の96.6%となりました。ただし現在のラインナップではコストが通常よりも高くつくので、研究用としては素晴らしくてもビジネスとしてはあまり競争力はないようです。そのため、平成35年度にH2AとH2Bは引退し、後継機のH3ロケットへ移行する予­定となっており、宇宙ロケットの販売競争にも参入するものと見られています。

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