火の玉をキャッチ

11月29日午前2時6分、河南省南部の多くの場所の上空に突然白い光が現れ、激しい爆発音と地面の揺れが起こった。インターネット上に投稿された多数の防犯カメラやドライブレコーダーの映像からは、爆発の瞬間、夜が昼のように明るくなり、地面の建物や木々の影も映っていたことが分かる。

これは典型的な火球現象です。米国のNEO研究センター（CNEOS）は、空中爆発（最大輝度）は北緯32.6度、東経113.5度、高度38.4キロメートルで発生し、運動エネルギーはTNT火薬換算で約130トンであったと発表した。

紫金山天文台が構築中の江蘇省火球監視ネットワークもこの火球現象を記録した。分析の結果、流星の軌跡は河南省の南陽・駐馬店・信陽地域に位置することが判明した。火球の地平線からの高度はわずか５度程度で、観測条件の限界に達した。

11月29日の火球現象は江蘇省火球監視ネットワークによって撮影された￨出典：紫山天文台

火球監視ネットワークの科学的意義

流星は、地球に近い小さな天体または惑星間物質が地球の大気圏に侵入することで発生する天文現象です。 -4等級（金星の明るさ程度）より明るい流星は通常、火球と呼ばれます。火球現象はよくある天文現象です。地球の大気圏に突入する前の母天体の直径は、通常、10センチメートルから数メートルの範囲です。大きな火球の中には、大気圏を通過しても燃え尽きず、人類に貴重な隕石をもたらすものもあります。

地球の周りには太陽系の小天体が多数存在し、地球と人類の生活環境に深刻な脅威をもたらしています。地球近傍天体のうち、直径が大きい天体は天体望遠鏡による調査で特定・監視できるが、直径が小さい天体（直径10メートル未満の天体で数十億個ある）は、大気圏外の望遠鏡では発見が難しく、軌道特性、衝突場所、衝突の危険性などの重要な情報を把握することは不可能である。地球の大気圏に突入して発生する火球現象を監視することで、手がかりをほんの少しだけ得ることができる。

江蘇省火球監視ネットワークが撮影した11月9日の火球現象￨出典：紫山天文台

しかし、火球は移動速度が速く、高度も低いため、地球上の局所的な範囲（約100キロメートル）でしか見えません。したがって、地域的な火球監視を実行するために火球監視ネットワークを展開することは、非常に実用的な意義があります。

国内外の火球監視の現状

オーストラリア砂漠火球ネットワーク (DFN) など、世界中でいくつかの地域的な火球監視ネットワークが設立されています。 NASAの隕石追跡回収ネットワーク、カナダの隕石観測回収プロジェクト2.0（MORP 2.0）、北米の南オンタリオ隕石ネットワーク（SOMN）ヨーロッパでは、ヨーロッパ流星ネットワーク (EN) (主にチェコとドイツの観測所で構成)、スロバキアビデオ流星ネットワーク (SVMN)、スペイン流星ネットワーク (SPMN)、フィンランド火球ネットワーク (FFN)、英国火球ネットワーク (UKFN)、およびフランス火球観測・隕石回収ネットワーク (FRIPON) が参加しています。さらに、ヨーロッパは、さまざまなヨーロッパの流星監視ネットワークからデータを集約するための流星ビデオ監視データベース (EDMOND) を構築しました。

世界中の火球監視ネットワークの分布￨出典：著者

中国では初期には、北京、江蘇省、山東省、新疆ウイグル自治区などの天文学愛好家が、散在する流星ビデオ監視ステーションや小規模ネットワークを自発的に設立した。我が国が Meteor Video Surveillance Group ネットワークに対して行動を起こしたのは、つい最近のことです。 2017年に青島愛山天文台が開始し、国家天文台と協力して初の流星ビデオ監視ネットワークが構築され、全国に40以上の観測所が設置された。

江蘇省火球監視ネットワーク

2021年、紫山天文台はハードウェアとソフトウェアを統合した火球監視システムの構築を開始しました。第一段階では、江蘇省全域および周辺地域の火球現象の監視を実現し、段階的に地域・国家レベルの火球監視ネットワークの展開への応用を推進します。

江蘇省火球観測地点の分布￨出典：著者

〇監視ウェブサイトの要件

火球は通常、高度80〜100キロメートルで出現します。観測ステーションを設置する際には、流星が出現したときに適切な仰角にあることを確認する必要があります。次に、各ステーションの火球軌道面（ステーションと流星軌道によって形成される面）間の角度が小さすぎると、測位結果に影響が出るので、これを避けます。すべての要素を考慮すると、一般的には各サイト間の間隔を 100 キロメートルとし、複数のサイトを三角形に分散させることが推奨されます。

監視点が100キロメートル間隔で配置されている単一局監視装置の場合、10分角は高度100キロメートルで約300メートルの範囲に相当します。ターゲット測定や位置計算などの誤差を考慮すると、監視装置の解像度は 1 ピクセルあたり 10 分角以上である必要があります。流星が地面から20キロメートル以内になると、その飛行速度は遅くなり、燃え続けなくなり、輝き続けます。この時点では、流星は暗黒飛行段階にあります。 100キロ離れた2つの観測所が同時に火球を監視するためには、1つの観測所の監視仰角が11度以上である必要があり、少なくとも160度の広い空域をカバーする必要がある。したがって、火球の監視と識別の要件に応じて、監視機器の制約には、1) 10fps を超えるフレームレート、2) 160 度を超える視野、3) 10 分角/ピクセルを超える解像度などが含まれますが、これらに限定されません。

〇試験段階では複数の火球の検出に成功

火球観測ステーションの配置と間隔の要件に従って、紫金山天文台仙林キャンパス、紫金山天文台徐邑天文台、興店の南京天文愛好協会九峰山天文台に観測装置が配備された。監視装置は、2.5mm/f1.6魚眼レンズを備えたQHY5III485C天体カメラを使用して夜空を180度カバーし、観測データを制御端末を通じて仙林公園のデータセンターに送信します。

2021年9月4日、興店九峰山観測所の監視地点は、試験段階で監視ネットワークの最初の火球を正常に捉えました。

興店九峰山観測所は監視ネットワークで最初の火球を捉えることに成功した。画像提供: パープルマウンテン天文台

初期デバッグとテストの後、システムは限界等級 +3 の星と限界等級 -1.0 の火球を観測できるようになります。現在、3つの観測所は多地点共同監視を実現しており、上海、浙江、安徽などの天文愛好家と連携して複数の火球を監視している。