Imaging observation of conjugate auroras from a lunar orbiter

Abstract

The present authors have proposed an Upper atmosphere and Plasma Imager (UPI) which will take monochromatic images of aurora, airglow, geocorona and emission from the plasmashere in the visible through EUV (Extreme Ultra-Violet)regions onboard the Japanese lunar orbiter SELENE (Selenological and Engineering Explorer) to be launched in 2003. UPI consists of three imagers, UPI-TVIS, UPI-TUV and UPI-TEX, and a common electronic device. UPI-TVIS and UPI-TUV will take images of visible and UV auroras, respectively, while UPI-TEX will capture a whole image of plasmasphere using EUV light. Valuable data for studying conjugate auroras in the northern and southern hemisphere will be obtained by taking their images in a same frame from a satellite far apart from the earth. Schematic drawings of UPI-TVS and UPI-TUV are shown in this report. UPI-TVIS collects visible light from aurora and airglow by a catadioptric telescope. The target emissions of UPI-TVIS are N2(+)1NG (427.8 nm), OI (557.7 nm), NaD (589.3 nm), OI (630.0 nm) and OH (720-800 nm). Images of the earth are detected by a cooled CCD detector with two modes of high speed for observing aurora with a high time resolution and of high precision for observing airglow with low noise. UPI-TUV operates in the VUV (Vacuum Ultra-Violet) region for observing auroral and geocoronal emissions of H Lyman alpha and OI (130.4 nm). A Schwarzschildian telescope is adopted for the collecting optics of UPI-TUV, and an MCP with a 2-D resistive anode for detecting VUV light. UPI will be mounted on the gimbals of the high-gain antenna that always point to the center of the earth, and usually operated while the spacecraft is seen from the earth and in the shadow of the moon.

2003年に打ち上げられる予定の日本の月周回軌道衛星SELENE(月探査周回衛星計画)に搭載して、オーロラ、大気光、地球コロナ、およびEUV(極紫外線)から可視領域までのプラズマ圏からの放射の単色画像を得る超高層大気・プラズマ撮像装置(UPI)を、著者らは提案している。UPIは3つの撮像装置であるUPI-TVIS、UPI-TUV、UPI-TEXと通常の電子装置で構成される。UPI-TVISとUPI-TUVはそれぞれ可視光および極紫外線領域のオーロラを撮像し、UPI-TEXは極紫外光を用いてプラズマ圏の全体像を撮る。北半球と南半球の共役点オーロラを研究するための価値あるデータが、地球から遠く離れた衛星から同一フレームに撮像することにより得られるであろう。本報告にUPI-TVSとUPI-TUVの模式図を示した。UPI-TVISは、カタディオプトリック望遠鏡により、オーロラと大気光からの可視光を集束する。目標とする発光は、N2(+)1NG線(427.8nm)、OI線(557.7nm)、NaD線(589.3nm)、OI線(630.0nm)、およびOH線(720-800nm)である。地球の像を高時間分解でオーロラを観測するための高速モードと、低ノイズで大気光を観測するための高画質モードの2つのモードで冷却CCD検出器で検出する。UPI-TUVはVUV(真空紫外)領域でHのライマン系列α線およびOI線(130.4nm)からなるオーロラおよび地球コロナ発光を観測する。シュワルツシルト望遠鏡をUPI-TUVの集光系に、2次元抵抗アノードを持つMCP(マイクロチャネルプレート)をVUV光の検出に設置した。UPIは常に地球の中心を指向する高利得アンテナのジンバルの上に取り付けられ、衛星が地球から見える間と月の影にあるときに常に作動するであろう。