プロジェクト報告書（最終）Project Final Report
提出日 (Date) 2012/1/18
電波望遠鏡および光学望遠鏡による宇宙探索
Space Exploration with Radio and Optical Telescopes
b1009180 堀越久登 Hisato Horikoshi
1 背景
2 課題の設定と到達目標
地球や木星等の惑星から放射される自然電波は様々な
本プロジェクトの課題は、プロジェクトのタイトル
ものがある。なぜ電波が出るのか、その解明にはまだ多
からもわかるように電波望遠鏡および光学望遠鏡を用い
くの謎が残されてる。これらの自然電波放射には多くの
て宇宙探査を行う過程で必要となる電磁気学や信号処理
共通点があり、木星電波の謎を解くことは、全ての惑星
の方法、各天体についての基礎的な知識を学び、観測に
電波の放射の謎を統一的に解明していくための突破口を
使用される機材やプログラムを正しく扱えるようになる
切り開く大きな科学的インパクトがあると言われてい
ことが課題となっている。そのために、2006 年から継
る。[1]
続している木星電波の観測、解析を今年も引き続き行う
木星電波は 1955 年にアメリカのカーネギー研究所の
ことで課題の達成に励んだ。2007 年に使用する受信機
パーナード・バークとケネス・フランクリン等に発見さ
を変更してから木星電波が受信が成功できていなかっ
れた。彼らは、太陽系の惑星のうち、電波を放出してい
たため、新しい受信機で木星電波を初めて観測すること
るいくつかの惑星について観測を行うことにした。その
を目標にして取り組んだ。また、今年から光学望遠鏡で
為に、受信装置のテストとして 22.2MHz の電波干渉計
木星を撮影し木星電波であることの裏づけを行った。な
でおうし座のかに星雲の観測を続けていたところ、記録
お、本プロジェクトは NASA の教育プログラムである
の中に時間的に激しい変化をするバースト上の電波があ
NASA JOVE Project から提供された資料 [3] に基づい
ることに気づいた。その後、電波が発生する時間帯、か
て行われている。
に星雲との方向のずれ、木星の自転周期と一致すること
今回のプロジェクトは、グループを電波望遠鏡班と光
を突き止めるなどして、この電波が木星から発生してい
学望遠鏡班に分けて行動した。光学望遠鏡は今年からの
ることを確認した。以来、様々な観測が行われ、その強
取り組みとなるので比重を置いた。その班分けと課題は
力な電波放射の仕組みが少しずつですが明らかとなって
次の通りとなる。
きた。しかしまだ、未知の部分が多く、電波放射機構を
解明することにより、宇宙物理学の重要な本質に迫るこ
とが可能になると考えられている。
本プロジェクトは、この木星電波をダイポールアンテ
プロジェクトリーダー： 堀越
• 本プロジェクトにおけるリーダーとして全体を取り
まとめ
ナと広範囲の周波数を測定可能な受信機（ペルセウス受
信機）を用いて観測を行い、IDL というプログラム開発
環境で解析を試みた。また今年度から新たに光学望遠鏡
（MEADE ETX-90 Premiere Edition）[2] を用
いた天体観測を行った。光学望遠鏡で木星とイオの位置
関係を調べることで、観測した電波が実際に木星から発
生しているかどうかの裏づけに挑戦した。
• 報告書などの書類の作成や施設の使用予約を行う
• 担当教員との連絡、各班の連携など円滑なプロジェ
クト運営
電波望遠鏡班： 野口, 見澤
• 本プロジェクトで電波望遠鏡となるアンテナの詳
細、設置方法の習得
• レシーバの詳細、操作方法の習得
• データの解析方法を習得
光学望遠鏡班： 堀越, 鍔山, 野久
• 光学望遠鏡のマニュアルの読解、操作方法を習得
本プロジェクトの流れは下記の通りである。
分として構成されているといわれている。そのため、木
星の自転速度は緯度によって異なっている。赤道部は高
緯度地域よりも自転が速い。電波発生のメカニズムは、
イオから噴出された硫黄やナトリウムが太陽風の影響で
イオン化し、プラズマとなる。木星の磁界の中をイオが
通る際、イオに電圧がかかり、それにより、イオで火山
活動が起こる。そのとき飛び出した電子が木星の磁力線
に沿って加速する。磁力線に沿って加速した電子の中で
木星の極まで進入できずにはじかれる電子がある。これ
により電波が発生する。
3.2 観測日時の決定
木星からの電波は、木星、イオ、地球の位置関係によ
り、受信出来るかどうかが決まる。このために今回は
図 1 プロジェクト全体図
NASA の提供する Radio-Jupiter Pro Edition という
ソフトウェア（図 2）を用いて観測日時を決定した。木
3 課題解決のプロセスとその結果
本プロジェクトにおける活動内容は大きく分けて次
の 5 項目となる。
星電波の強い日は月に 3 日から 4 日程度で、自然現象の
ため木星電波の強い日であっても、必ず観測できるとは
限らない。そのため、回数を行うことが重要となってく
るため、ソフトウェアで出力された観測日はなるべく行
1. 基礎的な天文学の学習
うよう努力した。
2. 観測日時の決定
3. 電波観測
4. データ解析
5. 光学望遠鏡による天体の撮影
以下により、各項目について説明する。
3.1 基礎的な天文学の学習
まず、プロジェクト行ううえで必要となる基礎的な天文
学の知識を得るために、セミナーと称し、NASA がまと
図 2 Radio-Jupiter Pro Edition
めた電波天文学のテキストの輪読を行い、各項目ごとに
担当を決め、指導教員のプレゼンテーションを行った。
セミナーの項目と担当は以下の通りである。
3.3 電波観測
1. 電波天文学の基礎 part1（担当：野久）
事前に設定した観測日時に基づいて、実際に電波観測を
2. 電波天文学の基礎 part2（担当：野口）
行った。電波観測では各班が調査した情報に基づいてア
3. 電波源としての木星 part1（担当：鍔山）
ンテナの設置や観測、撤去を行った。観測場所は大学構
4. 電波源としての木星 part2（担当：堀越）
内の中庭で、芝生にドリルで穴を掘りアンテナを設置し
5. 電波源としての太陽と銀河背景（担当：見澤）
て行った。実際に観測を行った日時は以下の通りであ
木星は太陽系最大の惑星で直径は地球の約 11 倍であ
る。
る。木星の磁場は地球の 30 倍とされており、自転周期
前期は、天候に恵まれず 2 回しか観測を行えなかっ
は 9 時間 50 分から 9 時間 55 分で地球の半分以下であ
たが。後期は 4 回ほど行うことができた。計 6 回行っ
る。また、木星はヘリウム、メタン、アンモニアを主成
た。観測に置いて使用されるアンテナはダイポールアン
表1
電波観測日時
測しずらい電波である。そのため、木星からの電波であ
日時
観測時間
るかどうか判断するためには S- バーストのドリフト現
6 月 23 日
11 時 00 分∼12 時 00 分
象をを使用する。まず、解析プログラムでは、レシーバ
10 月 14 日
17 時 30 分∼19 時 00 分
で受信した時系列データから周波数スペクトル図を得る
10 月 21 日
19 時 00 分∼20 時 00 分
ことができる。レシーバで受信したデータを１秒ごとの
10 月 28 日
20 時 00 分∼21 時 00 分
11 月 4 日
21 時 00 分∼23 時 00 分
スペクトログラムを IDL を使って作成する。レシーバ
で受信したデータは５分ごとに記録されているため１つ
のデータに対して 300 枚のスペクトログラムが作成さ
テナと呼ばれるもので、2 本の柱の間に電波受信用ワイ
れる。そして、作成されたスペクトログラムを１枚１枚
ヤーをつなげたものとなっており、これを 2 対 1 セット
見て、その中から木星の電波が持つ特徴の S-バーストの
として、計 2 セット使用した。なお、ワイヤーの長さは
際に生じる、ドリフト現象がないかを見つける。スペク
受信したい電磁波、すなわち木星電波の波長の半分で、
トル図の縦軸は周波数、横軸は時間となっており、色の
波長は光速/周波数で計算できる。この時、周波数は木
濃淡で電波の強弱を表している。
星電波の観測に適している 22.5MHz に設定、アンテナ
の長さは 6.7m とした。また、レシーバはペルセウスソ
フトウェア受信機という機器を使用した。これは、広い
周波数帯の電波を一度に受信することができる高性能な
レシーバをなっている。また、今年度から木星電波観測
に使う、アンテナやケーブル、レシーバなどのチェック
方法を確立し、観測の効率化を図った。
図 4 観測データのスペクトログラム化
図3
観測機器
次に、スペクトログラム化したデータのドリフト率を
3.4 データ解析
求める。受信したデータが木星の電波であるか、確かめ
データ解析ではレシーバで受信したデータを IDL と
るためにドリフト率を計算する。ドリフト率は、ドリフ
いう解析に優れたプログラミング言語用いて解析を行
ト率とは信号の周波数が１秒の間にどれだけ変化するか
う。解析プログラムは前年度までのプロジェクトで作成
を示す値であり、周波数の変化を時間で割ると求められ
されたものを参考にした。木星の電波には L- バースト
る。今年度受信したデータのドリフト現象らしきものを
と S-バーストと呼ばれる 2 種類がある。S- バーストは
ピックアップし、一つずつドリフト率を計算していく。
微小時間で周波数が急激に変化する電波である。特に、
そうして導き出されたドリフト率を木星電波についての
周波数が約 0.01∼0.1 秒の間で数 MHz 減少する現象を
過去の研究資料 [4] と照合し、木星電波のドリフト率と
ドリフト現象という。一方、L- バーストは時間変化と
合致した場合、受信したデータが木星であることが証明
ともに穏やかに増加していく電波信号である。信号の強
される。
さが S-バーストに比べて弱く、他のノイズにかき消され
上記の図は過去の木星電波に今年度観測した木星電波
ることがある。加えて、目立つ特徴もないため非常に観
のドリフト率加えた分布図である。赤い点が今年度観測
の段階で目視で木星を捉えることで、実際に木星がその
位置に存在することを証明でき、木星からの電波である
ことの可能性を高めることができると考えたためであ
る。次に、撮影日時を決定した。木星は見られる時間た
が限られているため、木星を撮影できる時間帯を調査し
た。また、天体の撮影は天気に左右されるため、気象情
報も調査した。そして、今年度、月と木星の撮影に成功
図5
過去の資料 [4] と今年度観測データ（赤い丸）の照合
した。下記の写真が今年度撮影された月と木星である。
した木星電波である。図の通り、過去の木星電波と分布
が似ていることから、木星電波である可能性が高いとい
える。
3.5 光学望遠鏡による宇宙探索
今年度から光学望遠鏡を用いての宇宙探査に取り組ん
だ。主な取り組みは、天体の撮影である。使用した光学
望遠鏡は、MEADE 社製の ETX-90 Premire Edition[2]
である。この望遠鏡の特徴としては、オートスターと
図7
光学望遠鏡で撮影した木星の写真（10 月 28 日撮影）
呼ばれる天体自動追尾機能が搭載されていることであ
る。これにより、簡易な初期設定、日時と時間、観測地
点を入力すると、今見えている星空の中から天体の位
置を計算し、望遠鏡に内蔵された駆動モーターで目標
木星の周りに衛星が 4 つ写っているのがわかる。月に
おいてもクレーターまで見ることができる。
4 まとめと今後の課題
の天体を自動的に視野に導いてくれる。撮影は、付属
の CCD カメラを使って行う。CCD カメラとパソコン
は常に接続して使う。パソコン上の撮影ソフトウェア
「Autostar Envisage」で CCD カメラを制御し写真画像
今年度は、基礎的な天文学や信号解析など、電波観測
に必要な知識を学習し、それらに基づいて電波観測を
行った。そして、広範囲の周波数を受信可能なレシーバ
で初めて、木星電波であると強く主張できる電波の受信
を取り込む。
に成功した。また、今年度から取り組んだ光学望遠鏡に
ついても天体の撮影に成功した。今後は、受信方法、解
析方法を見直し、観測したデータが木星電波である確率
を更に高められるよう努力したい。
参考文献
[1] 吾川木星電波観測所 ,
http://www14.plala.or.jp/shimona23/06mokuse
図6
今年度使用した光学望遠鏡
i/mokusei.html , 2005.
[2] Meade instruments ,
光学望遠鏡は今年度からの取り組みのため、英語のマ
http://www.meade.com/,2012.
ニュアルの読解から始めた。今回撮影する天体は、月と
[3] NASA Project Radio Jove , 2003.
木星と決定した。月は肉眼でも容易に見ることができる
[4] P.Zarka et al., A scenario for Jovian S-bursts,
ため、最初の天体としては適切だと判断したためであ
Geophysical Reseach Letters,VOL.23,
る。木星については今回電波を観測しているため、解析
pp.125-128 ,JANUARY 15, 1996.
NO.2,