現代の「Kuafu」衛星はどのようにして太陽を追跡するのでしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: 王正

プロデューサー: 中国科学博覧会

2022年10月9日午前7時43分、我が国は酒泉衛星発射センターで長征2Dロケットを使用して「開府1号」の打ち上げに成功し、衛星は所定の軌道に正常に進入しました。

クアフ1号の打ち上げ風景

（写真提供：新華社通信）

クアフという名前を聞くと、友人たちは私たちの神話の物語、つまり太陽を追いかけるクアフをすぐに思い浮かべるでしょう。

神話におけるクアフ

神話によると、太古の昔、強大な力を持つ巨人の集団が暮らしており、そのリーダーは「クアフ」と呼ばれていました。ある年、天候は非常に暑かったです。灼熱の太陽が大地を直接照らし、作物を焼き、木々を焦がし、川を干上がらせました。灼熱は耐え難いもので、クアフ族の人々は次々と死んでいった。苦悩する民衆を見て、クアフは太陽を捕まえて皆の生活を元の軌道に戻そうと決心した。

クアフは太陽が沈む場所までずっと太陽を追いかけました。長い間走り続け、太陽に焼かれた後、彼は喉が渇いて水を飲みたくなりました。彼は黄河と渭河の水を飲み干したが、この二つの川の水だけでは喉の渇きを癒すのに十分ではなかったため、北にある大きな湖の水を飲みに出かけた。しかし、クアフは大きな湖に着く前に途中で喉の渇きで亡くなりました。彼の死後、手に持っていた杖は捨てられ、桃畑になった。桃園は一年中青々と茂り、通行人に木陰を提供し、そこで実る新鮮な桃は勤勉な人々の喉の渇きを癒してくれます。

この物語の原文は『山海経 海外北経』にあります。「卯弗は太陽を追いかけて太陽に入り、喉が渇いて水を飲みたくなった。黄河と渭河の水は足りなかったので、北へ行って大湖の水に飲んだ。湖に着く前に、喉の渇きで死んでしまった。杖を投げ捨てると、杖は森に変わった。」

太陽を追いかけるクアフ

（画像出典：教科書スキャン）

神話の物語では、「匈奴」は太陽を追いかける人として定義されており、古代の人々の自然を探求する強い願望と粘り強い意志を反映しています。したがって、太陽を観測し探査する宇宙船に人間がこの名称を使用することは、大きな文化的意味合いを持っています。

現実の「クアフ」 - 先進宇宙太陽観測衛星 (ASO-S)

この記事の主題はKuafu-1衛星であり、著者が勤務する部隊はリード部隊である。

この衛星の科学名は「先進的宇宙太陽観測衛星（ASO-S）」で、2011年に中国の科学者らが独自に提案した。中国科学院の宇宙科学先駆プロジェクトの支援を受け、ASO-Sは予備研究、背景モデル研究、総合的な実証を経てきた。 2017年末に中国科学院から正式なプロジェクトとして承認され、ついに開発・打ち上げられました。私たちがよく知っている「悟空」「墨子」「匯眼」「練10」「太極1」「懐柔1」などの衛星は、すべてこのパイロットプロジェクトの支援を受けて開発されました。

「Kuafu」という名前は、実際には中国の太陽観測計画である、北京大学の杜伝一院士が2003年に提案した「Kuafuミッション」に使われていた。残念ながら、この計画は最終的に実行されなかった。クアフプロジェクトは当初、11年ごとに太陽活動がピークとなる年（2012～2014年）に打ち上げ、太陽活動を検出する計画だった。 ASO-S衛星も、現在私たちが経験している太陽活動のピークである第25週を狙って、我が国の総合的な太陽衛星検出における画期的な成果を達成するという意図を持っています。

ブレークスルーとは何ですか? ASO-S は、科学的目標を「1 つの磁気と 2 つの嵐」と要約できる科学衛星です。「1 つの磁気」とは、太陽の磁場を指します。太陽には地球のような磁場があり、その磁場は地球の磁場よりもさらに強力です。太陽のプロミネンスや黒点などはすべて太陽の磁場と関係しています。 「二つの嵐」とは、太陽上で起こる最も激しい二つの爆発現象、すなわち太陽フレアとコロナ質量放出を指します。フレアは太陽のまばゆい光点であり、「コロナ質量放出」は太陽が爆発したときに「コロナ」と呼ばれる太陽の外層から宇宙空間に物質が大規模に放出されることを指す。 ASO-S の太陽に関する研究は多面的であり、太陽の磁場の観測と研究、太陽フレアとコロナ質量放出の起源、そしてこの 3 つの間の考えられる因果関係の研究を行っています。

171Å（17.1nm）の放射線画像では、太陽フレアやコロナ質量放出が見られる。

(画像提供: 米国太陽観測衛星 SDO)

ASO-Sの名称については、衛星工学部門が2022年7月に全国から名前を募集し、2万5000件以上の候補が集まり、その3分の1が「Kuafu」という名前を提案した。最終的に、衛星の名前は「Kuafu-1」に決定しました。これまで実現に至らなかった「九寨溝プロジェクト」が、この新しい太陽観測衛星シリーズで生まれ変わったと言える。

この衛星はどうやって太陽を検出するのでしょうか?

クアフ1号衛星は、太陽の磁場、太陽フレア、コロナ質量放出の観測と研究を通じて、人類が太陽をより深く理解するのに役立っていることが分かっています。しかし、それは地球を周回する単なる衛星です。太陽上でこれらのものをどうやって検出できるのでしょうか?

まず、「Kuafu-1」衛星は高度約720キロメートル、周期約99分の太陽同期暁夕立軌道を採用している。いわゆる太陽同期運転は、衛星が飛行中に地球の不均一な重力の影響を受け、軌道面がゆっくりと回転するためです。宇宙から見ると、一方では地球の周りを飛び回り、地球が太陽の周りを公転するのに従い、他方では軌道面も太陽の周りを回転し、この軌道面は常に太陽の方を向いています。

月は常に表側を地球に向けられており、裏側は決して見ることができないと聞いたことがあります。同じことが衛星の太陽同期軌道面にも当てはまり、鏡の表裏のように、常に片面だけが太陽に面しています。クアフ1号衛星の軌道面は地球の境界線に沿っており、ほぼ一年中太陽光を受けることができる。毎年5月中旬から8月までの約2.5か月間のみ影があり、最も長い影の時間は1日18分である。そのため、ほぼ常時太陽を観測することができます。

それで、何を観察するのでしょうか?それでは、その負荷についてお話ししましょう。 Kuafu-1 衛星には、フルディスク ベクトル磁気イメージャー (磁気イメージャー)、ライマン アルファ太陽望遠鏡、太陽硬 X 線イメージャーが搭載されています。

磁場は目に見えず、触れることのできない物質ですが、実は太陽光を「偏光」させると、磁場のない領域では同じ明るさの2つのモノクロ画像が得られ、磁場のある領域では明るさの異なる2つの画像が得られます。磁場が強くなるほど、2 つの画像間の明るさの差が大きくなります。そのため、「Kuafu-1」衛星のフルディスクベクトル磁力計は、撮像光学系、偏光光学系、データ取得・処理システムの3つの機能ブロックで構成されています。従来の観測モードでは、単一の磁場成分の観測は128×2フレームの画像で完了し、ベクトル磁気マップのセットには2分かかります。このようにして、太陽の磁場に関する情報が得られます。

中国科学院国立天文台の懐柔太陽観測所が観測した地域の太陽ベクトル磁力図

白と黒は正と負の磁場を表し、青と赤の矢印はそれぞれ正と負の極性における横方向の磁場を表します。

（画像出典：先進宇宙太陽観測衛星公式サイト）

「ライマンアルファ」（Lyα）は放射線の帯です。太陽ライマンアルファ輝線は、太陽紫外線スペクトルの中で最も強い輝線です。初期の研究では、このスペクトル線は太陽フレアの際に明らかな放射増強を示すことが示されました。その後、科学者たちは、この衛星が太陽の外側の彩層やコロナなどの特徴をうまく捉えられることを発見しました。Kuafu-1のライマンアルファ全面撮像素子は、4～40秒間隔で波長帯域（121.6±4.5nm）で太陽の円盤中心から1.2太陽半径までの撮像観測を行い、太陽の謎を解明するのに役立ちます。

健康診断の際には、透過力が強い「X線」を使って写真を撮り、体の内部を調べることがあります。 「硬X線」は、波長が0.01nm～0.1nmの高エネルギーX線です（波長が0.1nmを超える場合は軟X線と呼ばれます）。硬X線も太陽からの重要な放射線の一種であり、硬X線を使用すると太陽の多くの活動をよりよく観察することができます。したがって、太陽硬X線撮像装置による太陽の撮影は、太陽フレアやコロナ質量放出などの活動の研究にも役立ちます。

これら3つの機器により、Kuafu-1衛星は太陽フレアを多角的に検出することができ、太陽活動の科学的原理の研究に役立つだけでなく、宇宙天気の予測や我が国の宇宙環境の安全保護にもより役立つでしょう。

私たちの頭上にある星の海は、常に人類の憧れでした。太陽を追いかける「九喇嘛」の物語は、人類が深宇宙と自然を探求する長い道のりで決して立ち止まらなかったことを物語っています。

編集者：孫晨宇