レーダー天文学

レーダー天文学は、電波またはマイクロ波を目標天体で反射させ、その反射光を分析することで、近傍の天体を観測する技術です。レーダー天文学は電波天文学とは異なり、後者は受動観測（受信のみ）であるのに対し、前者は能動観測（送信と受信）です。レーダーシステムは60年にわたり、太陽系の幅広い研究に応用されてきました。レーダー送信はパルス送信と連続送信のいずれかです。レーダー反射信号の強​​度は、距離の4乗に反比例します。施設のアップグレード、送受信機の電力増加、そして機器の改良により、観測の機会は増加しています。

レーダー技術は、水星を観測して一般相対性理論を検証したり[ 1 ] 、天文単位の正確な値を提供したりといった、他の手段では得られない情報を提供します。[ 2 ]レーダー画像は、地上から得られる他の技術では得られない固体の形状や表面特性に関する情報を提供します。

1958年のミルストーンヒルレーダー
初期の惑星レーダープルトン、ソ連、1960年

レーダー天文学は、高出力地上レーダー（最大1メガワット）を利用して、[ 3 ]太陽系の天体の構造、組成、動きに関する極めて正確な天文情報を提​​供することができます。 [ 4 ]これは、99942 アポフィス天体で示されているように、小惑星と地球の衝突の長期予測に役立ちます。特に、光学観測では天体の出現場所を測定しますが、距離を高い精度で測定することはできません（視差に頼るのは、天体が小さい場合や照明が不十分な場合難しくなります）。一方、レーダーは天体までの距離（および天体の変化速度）を直接測定します。光学観測とレーダー観測を組み合わせることで、通常は少なくとも数十年、場合によっては数世紀先の軌道予測が可能になります。

2020年8月、アレシボ天文台（アレシボ惑星レーダー）でケーブルの構造破損が発生し、同年12月に主望遠鏡が崩壊した。[ 5 ]

2023年現在、ゴールドストーン太陽系レーダーとエフパトリア惑星レーダーという2つのレーダー天文学施設が常時稼働している。[ 6 ]

利点

  • 信号の属性の制御（波形の時間/周波数変調と偏光）
  • オブジェクトを空間的に解決します。
  • 遅延ドップラー測定精度。
  • 光学的に不透明な浸透。
  • 高濃度の金属や氷に敏感です。

デメリット

レーダーによる天文学の最大範囲は非常に限られており、太陽系に限定されています。これは、信号強度が対象物までの距離とともに非常に急激に低下すること、対象物で反射される入射光束のわずかな割合、および送信機の強度が限られているためです。[ 7 ]レーダーが物体を検出できる距離は、エコー強度が距離の4分の1に依存するため、物体の大きさの平方根に比例します。レーダーは1 AUの大部分の距離から約1 km離れたものを検出できますが、土星までの距離である8-10 AUでは、少なくとも数百 kmの幅を持つ対象物が必要です。また、観測する前に対象の 比較的良好な天体暦が必要です。

歴史

月は比較的地球に近いため、1946年に技術が発明されてすぐにレーダーで検出されました。[ 8 ] [ 9 ]測定には表面の粗さや、後に極付近の影になっている領域のマッピングも含まれました。

次に容易なターゲットは金星である。これは科学的価値の高いターゲットであった。なぜなら、天文単位の大きさを測る明確な方法を提供できる可能性があり、これは惑星間宇宙船という初期の分野に必要だったからである。さらに、このような技術的優秀さは大きな広報効果があり、資金提供機関に対する優れたデモンストレーションとなった。そのため、弱くノイズの多いデータから科学的成果を絞り出さなければならないという相当のプレッシャーがあり、それは結果に大量の後処理を施し、どこを見るべきかを判断するために期待値を利用することで達成された。これが初期の主張（リンカーン研究所[ 10 ] 、ジョドレルバンク[ 11 ]、ソ連のウラジミール・A・コテルニコフ[ 12 ]による）につながったが、現在では誤りであることが分かっている。これらはすべて互いに、そして当時のAUの慣習的な値と一致していた。149,467,000  km [ 2 ]​​​

金星の最初の明確な検出は、 1961年3月10日にジェット推進研究所によって行われました。JPLは1961年3月10日から5月10日まで、惑星レーダーシステムを使用して金星との通信を確立しました。速度と距離の両方のデータを使用して、天文単位は149 598 500 ± 500 kmと決定されました。[ 13 ] [ 14 ] 正しい値が判明した後、他のグループがアーカイブデータでこの結果と一致するエコーを発見しました。[ 2 ]

太陽は1959年以降、数回にわたって観測されています。周波数は通常25～38MHzで、惑星間観測で用いられる周波数よりもはるかに低い値です。光球とコロナの両方からの反射が検出されました。[ 15 ]

この手段によって観測された惑星体のリストは次のとおりです。

レーダー解析に基づく小惑星（216）クレオパトラのコンピュータモデル。
小惑星1999 JM 8のレーダー画像とコンピュータモデル

小惑星と彗星

レーダーは、地上から小惑星や彗星の形状、大きさ、自転状態を調べる能力を提供します。レーダー画像化は最大7.5メートルの解像度で画像を生成します。十分なデータがあれば、対象となる小惑星の大きさ、形状、自転、レーダー反射率を推定できます。

2016年時点で、レーダーで研究された彗星はわずか19個で、[ 16 ] 73P/シュヴァスマン・ヴァッハマン彗星のほか、612個の地球近傍小惑星と138個のメインベルト小惑星がレーダー観測されている。[ 16 ] 2025年までに、メインベルト小惑星が138個、地球近傍小惑星が1148個、彗星が23個にまで増えた。[ 16 ]

多くの天体が地球に 接近する間に観測されます。

アレシボ天文台は運用中、地球に脅威を与える彗星や小惑星の衝突に関する情報を提供し、アポフィスなどの天体への数十年先の衝突やニアミスの予測を可能にしました。[ 5 ]ゴールドストーン太陽系レーダーは 小型であるため感度が低く、同等の予測能力を提供することはできません。

望遠鏡と設備

ゴールドストーン太陽系レーダーは現在も定期的に運用されている唯一の惑星レーダーである。[ 17 ] 他には以下のものがある。

追加可能なレーダーの提案とプロトタイプが存在します。

  • グリーンバンク天文台は、100メートル電波望遠鏡用のKuバンドレーダーの調査を行っている。[ 20 ] その低出力のプロトタイプは、月の画像を撮影した。
  • 中国は惑星レーダーを開発している。[ 21 ]その初期段階では月を撮影した。

参照

ウィキメディア コモンズには、レーダー天文学に関連するメディアがあります。

参考文献

  1. ^ Anderson, John D.; Slade, Martin A.; Jurgens, Raymond F.; Lau, Eunice L.; Newhall, XX; Myles, E. (1990年7月). 1966年から1988年まで水星まで観測されたレーダーと宇宙船. IAU, アジア太平洋地域天文学会議第5回会議録.オーストラリア天文学会会議録(1990年7月16～20日開催). 第9巻第2号. オーストラリア、シドニー: オーストラリア天文学会. p. 324.書誌コード: 1991PASAu...9..324A . ​​ISSN  0066-9997 .
  2. ^ a b c Butrica, Andrew J. (1996). 「第2章：気まぐれな金星」 . NASA SP-4218: 見えないものを見る - 惑星レーダー天文学の歴史. NASA. 2007年8月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年5月15日閲覧。
  3. ^ “Arecibo Radar Status” . 2016年3月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年12月22日閲覧。
  4. ^ Ostro, Steven (1997). 「小惑星レーダー研究ページ」 . JPL . 2012年12月22日閲覧。
  5. ^ a b「プエルトリコの巨大アレシボ電波望遠鏡が崩壊」 www.theguardian.com 2020年12月. 2021年3月5日閲覧。
  6. ^ Bezrukovs, Vladislavs; Dugin, Nikolai; Skirmante, Karina; Jasmonts, Gints; Šteinbergs, Jānis (2023).地球外電波源の放射を利用した宇宙物体検出のための前方散乱レーダー法．第2回NEO・デブリ検出会議．
  7. ^ Hey, JS (1973).電波天文学の進化. 科学史シリーズ. 第1巻.ポール・エレック(Scientific Books).
  8. ^ Mofensen, Jack (1946年4月). 「月からのレーダーエコー」 . Electronics . 19 : 92–98 . 2008年10月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  9. ^ゾルタン、ベイ(1947 年 1 月)。「月からのマイクロ波の反射」(PDF)。ハンガリー アクタ フィジカ。1 (1): 1–22 .土井: 10.1007/BF03161123。
  10. ^ Price, R; Green Jr, PE; Goblick Jr, TJ; Kingston, RH; Kraft Jr, LG; Pettengill, GH; Silver, R; Smith, WB (1959). 「金星からのレーダーエコー：IGY期間中に行われたこの電波天文学の実験は、様々な技術の進歩によって可能になった」 . Science . 129 (3351). アメリカ科学振興協会: 751– 753. doi : 10.1126/science.129.3351.751 . PMID 17790546 . 
  11. ^ Evans, JV; Taylor, GN (1959). 「金星の電波エコー観測」. Nature . 184 (4696). Nature Publishing Group UK London: 1358– 1359. Bibcode : 1959Natur.184.1358E . doi : 10.1038/1841358a0 .
  12. ^ Kotelnokov, VA (1961). 「金星とのレーダー通信」 . Journal of the British Institution of Radio Engineers . 22 (4). IET: 293– 295. doi : 10.1049/jbire.1961.0120 . 2017年3月22日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2025年5月26日閲覧。
  13. ^ Malling, LR; Golomb, SW (1961年10月). 「金星のレーダー測定」 . Journal of the British Institution of Radio Engineers . 22 (4): 297– 300. doi : 10.1049/jbire.1961.0121 . 2018年1月25日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。
  14. ^ Muhleman, Duane O.; Holdridge, DB; Block, N. (1962年5月). 「金星からのレーダー反射によって決定された天文単位」 .天文学ジャーナル. 67 (4): 191– 203. Bibcode : 1962AJ.....67..191M . doi : 10.1086/108693 . さらに分析を進めると、149 598 845 ± 250 km .
  15. ^ジョン E. オールソン (1967 年 8 月)。「太陽コロナのレーダー調査」(PDF)。NASA テクニカル レポート サーバー。
  16. ^ a b c「レーダーで検出された小惑星と彗星」 NASA/JPL小惑星レーダー研究。2016年4月25日閲覧。
  17. ^ Virkki, Anne K.; Neish, Catherine D.; Rivera-Valentín, Edgard G.; Bhiravarasu, Sriram S.; Hickson, Dylan C.; Nolan, Michael C.; Orosei, Roberto (2023). 「惑星レーダー—最新技術レビュー」 .リモートセンシング. 15 (23). MDPI: 5605. Bibcode : 2023RemS...15.5605V . doi : 10.3390/rs15235605 .
  18. ^ Evans, JV; Ingalls, RP; Pettengill, GH (1970). 「ヘイスタック惑星測距レーダー」.カリフォルニア工科大学ジェット推進研究所技術報告書(32). カリフォルニア工科大学ジェット推進研究所: 27.書誌コード: 1970sarr.conf...27E .
  19. ^ 「イタリアのメディチナ無線望遠鏡におけるバイスタティックレーダー試験活動」(PDF)。
  20. ^ 「グリーンバンク望遠鏡の次世代惑星レーダーシステム」(PDF)。
  21. ^ 「中国、地球近傍小惑星の衝突に対する防衛力強化に向け、世界最遠距離レーダーシステムの建設を開始」。
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