NASAのミッションは成層圏バルーンで宇宙を研究します

赤外線望遠鏡を積んだSOFIAよりさらに高高度を遠赤外線とサブミリ波波長の高スペクトル分解能観測可能な機器を安定して運ぶ気球。ASTHROS　南極大陸の夏は気流が安定しているのか？以下、機械翻訳。
NASAのミッションは成層圏バルーンで宇宙を研究します
2020年7月23日
この図は、上層大気に上る高高度気球を示しています。完全に膨らむと、これらのバルーンは幅が150メートル、またはフットボールスタジアムのサイズとほぼ同じで、高度が40キロメートルに達します。
クレジット：NASAのGoddard宇宙飛行センターの概念的なイメージラボ/ Michael Lentz
フットボールスタジアムのサイズのバルーンで運ばれるASTHROSは、最先端の望遠鏡を使用して、地面からは見えない光の波長を観測します。
最先端の2.5メートルの望遠鏡を気球で成層圏に運ぶ野心的な新しいミッションの作業が始まりました。暫定的に2023年12月に南極大陸から打ち上げられる予定です。ASTHROS（サブミリ波波長での高スペクトル分解能観測用の天体物理学成層圏望遠鏡の略）は、氷のような南大陸の上の気流に漂う約3週間を費やし、途中で最初の数回を達成します。
NASAのジェット推進研究所によって管理されているASTHROSは、遠赤外線、または人間の目に見える波長よりもはるかに長い波長の光を観測します。これを行うには、ASTHROSは約40キロメートルの高度に到達する必要があります。これは、民間旅客機の約4倍の高度です。それでも空間の境界よりはるかに下（地球の表面から約100キロメートル）ですが、地球の大気によって遮断された光の波長を観察するのに十分な高さになります。
ミッションチームは最近、望遠鏡（光を取り込む）、科学機器、冷却システムや電子システムなどのサブシステムを含む、観測所のペイロードの設計に最後の仕上げを行いました。8月上旬に、JPLのエンジニアは、これらのサブシステムの統合とテストを開始し、期待どおりに動作することを確認します。
風船は時代遅れのテクノロジーのように見えるかもしれませんが、地上または宇宙ベースのミッションよりもNASA独自の利点があります。NASAの科学的バルーンプログラムバージニア州のWallops飛行施設で30年間操業しています。NASAのすべての科学分野にわたる実験をサポートし、技術開発や教育を目的として、世界中の場所から年間10〜15のミッションを開始します。バルーンミッションは、宇宙ミッションに比べてコストが低いだけでなく、初期の計画から展開までの時間が短いため、これまでになかった新しいテクノロジーや最先端の​​テクノロジーの使用に伴う高いリスクを受け入れることができます。まだ空を飛んでいます。これらのリスクは、ミッションの科学出力に影響を与える可能性がある未知の技術的または運用上の課題という形で発生する可能性があります。これらの課題に取り組むことにより、バルーンミッションは、これらの新しいテクノロジーのメリットを享受するための将来のミッションの準備を整えることができます。
「ASTHROSのようなバルーンミッションは、宇宙ミッションよりもリスクが高くなりますが、適度なコストで高い報酬が得られます」と、ASTHROSのプロジェクトマネージャーであるJPLエンジニアのJose Silesは述べています。「ASTHROSでは、これまでに試みられたことのない天体物理学の観測を目指しています。このミッションは、新しいテクノロジーをテストし、次世代のエンジニアや科学者にトレーニングを提供することで、将来の宇宙ミッションへの道を開きます。」

空の赤外線目
ASTHROSは、新しく形成された星の周りのガスの動きと速度を測定するための機器を搭載します。飛行中、ミッションは、天の川銀河の2つの星形成領域を含む4つの主要なターゲットを研究します。また、特定の2種類の窒素イオン（一部の電子を失った原子）の存在を初めて検出してマッピングします。これらの窒素イオンは、巨大な星からの風と超新星爆発がこれらの星形成領域内のガス雲を再形成した場所を明らかにすることができます。
恒星のフィードバックとして知られるプロセスでは、そのような激しい爆発は、何百万年にもわたって、周囲の物質を分散させ、星の形成を妨害したり、完全に停止させたりする可能性があります。しかし、恒星のフィードバックは、物質が凝集して星の形成を加速させる原因にもなります。このプロセスがなければ、私たちのような銀河で利用可能なすべてのガスとダストがずっと前に星に合体していたでしょう。
ASTHROSは、これらの地域におけるガスの密度、速度、および動きの最初の詳細な3Dマップを作成して、新生児の巨人が胎盤物質にどのように影響するかを確認します。そうすることで、チームは恒星のフィードバックがどのように機能するかについての洞察を得て、銀河の進化のコンピューターシミュレーションを洗練するための新しい情報を提供したいと考えています。

カリーナ星雲
天の川銀河の星形成領域であるカリーナ星雲は、科学者がASTHROS高高度気球ミッションで観測することを計画している4つの科学目標の1つです。ASTHROSはこの領域で恒星のフィードバックを研究します。このプロセスは、星が環境内でより多くの星の形成に影響を与えるプロセスです。
クレジット：NASA、ESA、N。スミス（カリフォルニア大学バークレー校）など、ハッブルヘリテージチーム（STScI / AURA）
ASTHROSの3番目のターゲットは銀河メシエ83です。そこで星のフィードバックの兆候を観察することで、ASTHROSチームはさまざまな種類の銀河への影響についてより深い洞察を得ることができます。「星のフィードバックが宇宙の歴史全体での星形成の主要な調節因子であることが理解されていると思います」と、ASTHROSの主任研究者であるJPL科学者のホルヘ・ピネダは言った。「銀河の進化のコンピューターシミュレーションは、宇宙で見られる現実をまだ完全に再現することはできません。ASTHROSで行う窒素マッピングはこれまでに行われたことがなく、その情報がどのように役立つかを見るとわくわくします。これらのモデルはより正確です。」
最後に、ASTHROSはその4番目のターゲットとして、惑星が形成される可能性のある塵とガスの広い円盤に囲まれた若い星であるTW Hydraeを観測します。ASTHROSは独自の機能により、この原始惑星系円盤の総質量を測定し、この質量がどのように分布しているかを示します。これらの観察は、塵が一緒に集まって惑星を形成している場所を明らかにする可能性があります。原始惑星系円盤についてもっと学ぶことは、天文学者が若い太陽系で異なるタイプの惑星がどのように形成されるかを理解するのに役立つでしょう。

高いアプローチ
これをすべて行うには、ASTHROSに大きな風船が必要です。ヘリウムで完全に膨らませると、幅は約150メートル、またはフットボールスタジアムのサイズになります。バルーンの下のゴンドラは、機器と軽量の望遠鏡を搭載します。この望遠鏡は、2.5メートルのディッシュアンテナと、遠赤外線を取り込むように設計および最適化された一連のミラー、レンズ、および検出器で構成されます。皿のおかげで、ASTHROSは最大の望遠鏡が高高度の気球で飛ぶことを可能にしました。飛行中、科学者は望遠鏡が指す方向を正確に制御し、衛星リンクを使用してリアルタイムでデータをダウンロードすることができます。

成層圏テラヘルツ天文台II（STO-2）の打ち上げ
このタイムラプスビデオは、2016年に南極大陸からNASAの宇宙物理学ミッションである成層圏テラヘルツ天文台II（STO-2）が打ち上げられたことを示しています。このような高高度バルーンミッションは、地球の大気によって遮断される光の波長を観測する機会を提供します。
クレジット：NASA / JPL-Caltech
遠赤外線機器は非常に低温に保つ必要があるため、多くのミッションでは液体ヘリウムを運んでそれらを冷却しています。代わりにASTHROSは、電気（ASTHROSのソーラーパネルによって供給される）を使用して超電導検出器を摂氏マイナス268.5度に保つ極低温に依存します。絶対零度より少し上で、最も低温の物質が到達できます。クライオクーラーの重量は、ASTHROSがミッション全体で機器を低温に保つために必要とする大きな液体ヘリウムコンテナーよりもはるかに軽量です。つまり、ペイロードはかなり軽くなり、ミッションの寿命は搭載されている液体ヘリウムの量によって制限されなくなります。
チームは、気球が南極の周りを2〜3回ループし、支配的な成層圏の風によって21〜28日で完了すると予想しています。科学ミッションが完了すると、オペレーターはパラシュートに接続されたゴンドラを気球から分離する飛行終了コマンドを送信します。パラシュートはゴンドラを地面に戻し、望遠鏡を回収して改造して再び飛行できるようにします。
「私たちは、ASTHROSを地球の最も遠くて厳しい部分から宇宙の端まで打ち上げます」とSilesは言いました。「それについて考えるのをやめると、それは本当にやりがいがあり、同時にとてもエキサイティングになります。」
JPLはパサデナのカルテックの一部門で、NASAの科学ミッション総局の天体物理学部門のASTHROSミッションを管理しています。JPLもミッションペイロードを構築しています。メリーランド州のジョンズホプキンス応用物理学研究所は、ゴンドラとポインティングシステムを開発しています。2.5メートルのアンテナユニットは、イタリアのレッコにあるMedia Lario Srlによって製造されています。ペイロードクライオクーラーは、NASAのAdvanced Cryocooler Technology Development ProgramのもとでLockheed Martinによって開発されました。NASAの科学気球プログラムとそのコロンビア科学気球施設が気球と打ち上げサービスを提供します。ASTHROSは南極のマクマード基地から打ち上げられる予定で、米国南極プログラムを通じて全米科学財団が管理しています。その他の主要なパートナーには、アリゾナ州立大学とマイアミ大学があります。

最終更新日：2020年7月25日
タグ： ジェット推進研究所、ソーラーシステム　ワロップ飛行施設