JAXA Repository / AIREX 未来へ続く、宙(そら)への英知
46889000.pdf7.5 MB
Other TitleDevelopment of an electron energy spectrometer onboard the SELENE satellite
Author(jpn)秋場 良太; 齋藤 義文
Author(eng)Akiba, Ryota; Saito, Yoshifumi
Author Affiliation(jpn)浜銀総合研究所; 宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究本部
Author Affiliation(eng)Hamagin Research Institute Ltd.; Japan Aerospace Exploration Agency Institute of Space and Astronautical Science
Issue Date2004-03
PublisherJapan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
Publication date2004-03
AbstractThe Moon has no global dipole magnetic field. According to the observations so far made by lunar orbiting spacecraft, there are crustal magnetic anomalies on the lunar surface. If the locations of the magnetic anomalies with the size of a few km to 10 km coincide with the rills on the lunar surface, the magnetic anomalies are probably due to the thermo-remnant magnetism. Furthermore, there is a possibility that the direction and the estimated age of the anomalies are consistent with the existence of the global dipole magnetic field in ancient times. An electro-static analyzer ESA (Electron Spectrum Analyzer) onboard the SELENE satellite has been developed in order to observe the magnetic anomalies by electron reflection method. With the existence of the remnant magnetic field on the lunar surface, the electron moving toward the moon with large pitch angle around the ambient magnetic field will be reflected back to the satellite by a magnetic mirror. By measuring the pitch angle distribution of the reflected electrons, the remnant magnetic field on the lunar surface can be deduced. Since SELENE satellite is a three-axis attitude controlled satellite, two sensors mounted on the moonward and the anti-moonward spacecraft panels are needed in order to obtain three-dimensional electron distribution function. The ESA sensor basically employs a method of a top-hat type electrostatic analyzer placing angular scanning deflectors at the entrance and toroidal deflectors inside. The Field Of View (FOV) is electrically scanned between +/- 45 degrees around the center of the FOV that is 45 degrees inclined from the axis of symmetry. In order to decide the sensitivity of ESA, the averaged count rate of ESA has been estimated using the electron flux data obtained by Electron Reflectometer (ER) onboard the Lunar Prospector (LP) satellite. LP is a lunar orbiter launched on Jan 6, 1998 by NASA. In order to evaluate the manufacturing and assembling error of ESA, the characteristics of ESA have been measured and the results have been compared with the characteristics obtained by numerical calculation. The good performance of ESA including the newly developed angular scanning deflectors was confirmed. In order to observe the lunar magnetic anomalies with the size of a few km to 10 km, the angular resolution and time resolution of ESA must be suitably selected. A test-particle simulation of the electrons around a magnetic anomaly has been carried out to decide the suitable operation mode of ESA. As a result, it has been confirmed that ESA can observe lunar magnetic anomalies with the size of the order of 10 km in one second.
現在月はグローバルなダイポール磁場を持たないことが知られている。しかし過去の観測から月表面には磁気異常が存在することが解っている。もし月溶岩地形に関係した数kmから10km程度の磁気異常が多々見つかれば、それはおそらく熱残留磁化起源であり、月表面の地形依存した磁気異常モーメントの方向と年代が、推測される古月グローバル磁場と矛盾が無ければ、溶岩形成当時の月グローバル磁場の存在を強く示唆する。電子反射法によって磁気異常を観測するため、SELENE衛星搭載用電子エネルギー分析器(ESA: Electron Spectrum Analyzer)の開発を行なった。電子反射法とはSELENE衛星に搭載される磁力計LMAG(Lunar MAGnetometer)と同時に観測を行い、太陽風の電子が月表面の磁場によって反射されることで生じる電子のピッチ角異方性を利用して月表面磁場を求める方法である。SELENE衛星は3軸姿勢制御衛星であるためスピンしない。そのため月面側に1台、反月面側に1台の計2台のESAで4πの視野を持たせることにした。ESAは基本的にはTop-Hat型の静電分析器であるが、荷電粒子の入射口に45度方向を中心に±45度の掃引を行なう視野角掃引電極を置くことで2πの視野を持つことができる。分析器の開発に際しては、1998年にNASAにより打ち上げられた月周回衛星であるLunar Prospectorのデータを用いて、月周回軌道上で取得が予想される電子のカウント数を推定し、2台の衛星搭載用ESAの感度を決定した。さらに数値計算によるESAの特性と較正実験結果を比較することで、新規開発要素である視野角掃引電極の性能とセンサーの加工精度、組み上げ精度に問題が無い事を確認した。月溶岩地形に依存した数kmから10km程度の磁気異常を測定するためには、測定エネルギー、角度分解能、時間分解能などの運用モードを適切に選択する必要がある。そこでtest particleシミュレーションを行なうことで適切な運用モードを特定し、10km程度の磁気異常を世界最高レベルの時間分解能1秒で観測できることを示した。
DescriptionJAXA Research and Development Report
Keywordselectron spectrometer; lunar surface; lunar magnetic field; magnetic anomaly; numerical analysis; SELENE satellite; global dipole magnetic field; angular resolution; 電子スペクトロメータ; 月表面; 月磁場; 磁気異常; 数値解析; SELENE衛星; 全域ダイポール磁場; 角分解能
Document TypeTechnical Report
JAXA Category研究開発報告
Report NoJAXA-RR-03-008

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