宇宙航空研究開発機構 サイトマップ

TOP > レポート&コラム > ISASコラム > 金星探査機「あかつき」の挑戦 > 第11回:2μm赤外線カメラIR2で金星の夜面を見る

ISASコラム

第11回:2μm赤外線カメラIR2で金星の夜面を見る

(ISASニュース 2011年3月 No.360掲載)

 キラキラと輝き、望遠鏡で観察すると満ち欠けする様子を見ることのできる金星。私たちは普通、その光る部分、昼面に注目しますが、「あかつき」の2μm赤外線カメラIR2の主な狙いはその反対、夜面です。今回は、何も見えないはずの金星夜面の科学と、それを撮影するIR2カメラの工夫について紹介します。

金星夜面の「光芒」

 ご存知のように金星地面はとても高温(460℃)で、そこから多量の赤外線が放射されます。ところが金星大気はほとんどがCO2(二酸化炭素、代表的な温室効果ガス)で、地表は90気圧にも達します。この多量のCO2が地面からの赤外線をせき止めてしまう、そのため地面はますます高温になる、というのが金星の世界です。しかし、さすがのCO2も「あらゆる赤外線をせき止める」わけではありません。ちょっとだけ赤外線が抜け出てくる「窓」波長があって、そこでは金星夜面がボーッと光って見えるのです。

 図1はヴィーナスエクスプレス探査機に搭載されたVIRTIS装置が撮影した金星夜面の画像です(波長2.3μmの赤外線)。明暗の模様は金星の雲の濃淡に対応しています。明るい部分は雲が薄く、下から多くの赤外線が抜けてきています。暗い部分は逆に、厚い雲に覆われています。ちょうど雲を「影絵」として見ているようなものですね。


図1 ヴィーナスエクスプレス搭載VIRTISが撮影した金星の夜面
波長2.3μm。画面左端に少し「昼面」が見えている。


 こうした雲の濃淡は、太陽光を反射する雲の最上部(高度約70km)より少し深く、高度約50km付近に存在するといわれています。ということは、この濃淡を詳細に観測すると、普通ならば見ることのできない少し深い部分の大気の動きや雲の生成・消滅などの情報を得られるわけです。これが金星夜面の科学の面白いところで、IR2は波長1.74μm、2.26μm、2.32μmといった赤外線でそれを狙うカメラなのです。

IR2カメラの工夫

 図2では、金星夜面の想像図にVIRTISの画像を合成しています。このように、VIRTISは256×256画素サイズの画面に金星夜面の一部しか捉えることができません。ところがIR2の画面サイズは1024×1024画素なので、図2に示す金星夜面の全体を一枚の画像として撮影することができます。アナログテレビがハイビジョンになったかのように鮮明な金星画像を得ることのできるカメラです。

図2 IR2とVIRTISの画像サイズ比較
金星のイラストをIR2の画面に見立てて、VIRTIS画像(図1と同じもの)とそのサイズを比較。(イラスト:池下章裕)


 いまや携帯電話のカメラでさえ数百万画素の時代、IR2が“わずか”100万画素で自慢できるのには理由があります。それは、宇宙用のCCDは携帯電話で使うものとまったく違う性能や耐久性が必要とされること、さらに赤外線を感度よく捉えるためマイナス210℃という極低温にまで冷やして使われることです。この温度まで冷やすのはとても大変です。まず、性能の良い冷凍機を使わなければなりません。そして冷やしても壊れないCCDやレンズ(低温で縮むときに大きな力が発生します)を工夫する必要もあります。実際、IR2カメラ開発の途中ではいろいろな部品が壊れましたが、それを担当メンバー全員が知恵を出し合って解決してきたのです。

 「冷」やすことで「温」かい相手を精密に観測できるカメラ。このことから、IR2(とIR1)には「LEON」(冷温)という愛称を付けているのです。


金星にはまだ着かないけれど

 IR2カメラには、金星観測のほかにもう一つ重要な役割があります。それは太陽系を漂う塵、黄道光を波長1.65μmの赤外線で観測することです。2010年10月下旬に観測を行いました(図3)が、そのときは探査機姿勢の制御やカメラの温度制御などに手こずり、性能を100%発揮した観測はできませんでした。金星軌道投入の失敗によって、「あかつき」はまたしばらく太陽系内の旅を続けます。LEONチームではこの機会を積極的に利用し、さらに素晴らしい黄道光データを得ようと計画を練っているところです。

図3 IR2が撮影したおうし座
2010年10月23日撮影(すばる星団を含む)

(さとう・たけひこ)