No.241
2001.4

　世界初のスペースVLBIのための工学実験衛星としてスタートした「はるか」の計画は，国際的科学ミッション(VSOP計画)として目指した大枠を達成することができた。打ち上げ時の損傷と思われる22GHz帯の感度不足にもかかわらず，水メーザー源Orion-KLで観測に成功し，22GHzという高周波での観測可能性を実証し，次世代に希望をつなぐものとなった。

　すでに，400を超える観測がおこなわれている。VSOPの扱う科学は，活動銀河核(AGN)からのジェット現象が主であり，その構造，スペクトル変化，動き，輝度，偏波からみた磁場降着円盤の影などの研究がおこなわれている。AGN以外には，パルサーの星間散乱，OHメーザーのサイズ，フレアー星の変化，などについても手がけられている。

図１　PKS0637-752のVSOP，チャンドラ同時観測

２．VSOP-2の科学

　VSOP-2では，VSOPでとりかかったAGN研究を極めることは，自然な流れと考えられる。そのために，より短波長で，AGNの芯を見通して，加速がおこなわれていると思われるショック領域に迫る。短波長でまた解像度をあげる。たとえば，VSOP-2では，M87に存在すると考えられるブラックホールのシュワルツシルト半径の10倍の解像度が得られる。これにより，より強力化するガンマ線観測，X線スペクトル観測，磁気流体力学シミュレーションなどと，より密接な接点を持って研究が展開できる。ブラックホール周辺の降着円盤と粒子加速，ジェット生成を映像で観られるのは，スペースVLBIだけである。降着円盤がみえるかどうか，熱いコロナをもつADAF(移流優性)モデルに期待したいが，見えるかどうか，興味深い。水メーザー線をふくむ22GHz帯は，AGNそのものにも，メーザーに付随したAGNについてもユニークにして必須であり，VSOPがやり残した大切な分野である。高解像に見合って感度をあげないと輝度検出感度が不足するので，感度向上も肝要である。これによって，銀河系内ジェット現象，超新星，フレアー星などで，より多くの研究者が興味を持つ科学ミッションとする。

３．VSOP-2装置ドラフト案

　「はるか」と同じようなイメージング軌道で，VSOP感度の10倍，解像度10倍をめざす。43GHz帯では全電磁波帯最高の25μ秒角の解像度を達成する。

　観測周波数は，５(あるいは８)，22，43GHz帯を含み，両偏波観測とする。科学的には，低周波でのスペクトル，IDV(Intra-Day-Variable Source)，吸収観測などの理由で，1.6GHz帯も希望するが，装置づくりとトレードオフする。

　アンテナは10mクラス，受信器は冷却し，伝送レートは１Gbpsとする。(VSOPでは0.128Gbps)

　これにより解像度は5，22，43GHzに対して，それぞれ130，50，25μ秒角となる。地上25mアンテナに対する7-σ検出感度は，それぞれ10，30，70mJy(ミリジャンスキー)程度となる。

　衛星軌道は遠地点３万km，近地点1000km(周期8.9時間)程度，軌道傾斜角31度とする。

　地上トラッキング網，地上望遠鏡群，相関器は，VSOPの国際サポートと同様のモデルとする。

４．装置開発と実現性

　アンテナ：43GHz帯までをめざす面精度0.3mm(rms)展開アンテナは，「はるか」８m径面精度0.5mmから更なるチャレンジである。2000年度開発経費で，部分スケールモデルを試作，評価をする。

図２　VSOP-2衛星デザイン一例

　１GHzダウンリンク，テープ記録方式：トラッキング網設計，観測局配備にとって重要な項目であり，国際VLBIコミュニティを含めて検討。データの機上サンプリング，ダウンリンクをディジタルでおこなう可能性のある部分を，2000年度開発経費で，放射試験を実施する。世界の地上電波望遠鏡施設の動向は打ち上げ想定の2008年頃には，１Gbps記録になるものと考える。(VERAは１Gbps)「はるか」と同じくM-Vを想定して，高精度アンテナ，両偏波受信，冷凍受信器，１GHzデータ伝送などの改良項目をまとめられるか，なかなか厳しいものがある。

５．国外ミッション状況とVSOP-2国際サポート

　ロシアのRadio Astron計画は，実現が極度に困難な状況にある。NASAに提案されたARISE計画は，Decade Committeeでいい評価を得たが，あまりに理想的かつ非現実的プランであり，2015年以前の打ち上げはないと考えられている。このため，米国コミュニティはVSOP-2サポート提案の意志がある。

　ヨーロッパコミュニティがESAにVSOP-2協力提案(トラッキング局，JIVE相関局，等)を出し(2000年１月)，よい評価を得た。カナダも積極的である。

　世界の電波天文台は，VSOP同様に協力的で，常にVSOPおよびVSOP-2を視野に入れて議論をしている。VSOP-2を科学ミッションとして充実させるために，年平均２回のペースで国際会合をおこなっている。

６．問題点など

　VSOPは，ハード，運用ともに非常に複雑なミッションであるが，国際協力でやり遂げることができた。VSOP-2では，以下が厳しく，努力を注ぐところと考えている。

ａ．装置の実現性

　大型高精度展開アンテナは機械的に複雑なので，展開，精度ともに確実にすること。「はるか」以上の科学ペイロードをM-Vで実現すること。

ｂ．国内科学コミュニティ

　世界初の試みが，工学ミッションとして始まり，VSOPでは人員が十分ではなかった。国内では宇宙研，天文台双方で，最善の現実的努力がなされてきた。今度は最初からVSOP-2運用と科学推進の人的資源が欲しい。VSOPを進めてきたグループの一部は，現在，天文台VERA建設に参加している。VERAは，周波数帯をVSOP-2と共用する20mアンテナ４局の専用VLBI網であり，日本VLBIコミュニティの「統一計画」という意識で概念設計，建設が進められている。今はマンパワー的にはたいへん厳しいが，VERA，VSOP-2ともに，科学コミュニティを強力にするものであること。

図３　VSOP-2でも「衛星」と協力する地上電波望遠鏡

ｃ．国際協力でスタートすること

　日本のみならず，NASA，ESA，CSA分の提案も並列に実現していく必要がある。VSOP実現には，JPLに対してNASAは鷹揚であった。NASAは現在，どんなミッション，あるいはミッション協力にも，高い競争率のもとに厳しい科学レビューをしており，余談を許さない。

　さらに，VSOP-2を科学的に魅力的にするために，より大型のロケットを使って，２機ミッションにするか，あるいは，設計に余裕のあるより魅力的な１機ミッションとするか，あるいはこれをVSOP-2以降で実現するのか，頭の片隅に入れておく問題であろう。

(次期スペースVLBIワーキンググループ)　


目次


第１章　目次


次期月探査計画


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No.2412001.4

VSOP-2 次期スペースVLBI

１．VSOPの成功