研究者業績
基本情報
- 所属
- 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所 太陽系科学研究系 教授
- 学位
- 修士(理学)(1991年3月 京都大学)博士(理学)(1995年2月 東京大学)
- 連絡先
- saito
stp.isas.jaxa.jp
- 研究者番号
- 30260011
- J-GLOBAL ID
- 200901006495017695
- researchmap会員ID
- 1000174746
研究分野
1学歴
4-
- 1991年
-
- 1991年
-
- 1989年
-
- 1989年
受賞
6-
2023年8月
主要な論文
425-
Space Science Reviews 217(5) 2021年8月 査読有り筆頭著者責任著者BepiColombo Mio (previously called MMO: Mercury Magnetospheric Orbiter) was successfully launched by Ariane 5 from Kourou, French Guiana on October 20, 2018. The Mercury Plasma/Particle Experiment (MPPE) is a comprehensive instrument package onboard Mio spacecraft used for plasma, high-energy particle and energetic neutral atom measurements. It consists of seven sensors including two Mercury Electron Analyzers (MEA1 and MEA2), Mercury Ion Analyzer (MIA), Mass Spectrum Analyzer (MSA), High Energy Particle instrument for electron (HEP-ele), High Energy Particle instrument for ion (HEP-ion), and Energetic Neutrals Analyzer (ENA). Significant efforts were made pre-flight to calibrate all of the MPPE sensors at the appropriate facilities on the ground. High voltage commissioning of MPPE analyzers was successfully performed between June and August 2019 and in February 2020 following the completion of the low voltage commissioning in November 2018. Although all of the MPPE analyzers are now ready to begin observation, the full service performance has been delayed until Mio’s arrival at Mercury. Most of the fields of view (FOVs) of the MPPE analyzers are blocked by the thermal shield surrounding the Mio spacecraft during the cruising phase. Together with other instruments on Mio including Magnetic Field Investigation (MGF) and Plasma Wave Investigation (PWI) that measure plasma field parameters, MPPE will contribute to the comprehensive understanding of the plasma environment around Mercury when BepiColombo/Mio begins observation after arriving at the planet Mercury in December 2025.
-
Journal of Geophysical Research: Space Physics 122(2) 1816-1830 2017年2月1日 査読有り©2017. American Geophysical Union. All Rights Reserved. The time resolution of low-energy charged particle measurements is becoming higher and higher. In order to realize high time resolution measurements, a 1-D circular delay line anode has been developed as a high-speed microchannel plate (MCP) anode. The maximum count rate of the 1-D circular delay line anode is around 1 × 107/s/360°, which is much higher than the widely used resistive anode, whose maximum count rate is around 1 × 106/s/360°. In order to achieve much higher speeds, an MCP anode with application-specific integrated circuit (ASIC) has been developed. We have decided to adopt an anode configuration in which a discrete anode is formed on a ceramic substrate, and a bare ASIC chip is installed on the back of the ceramic. It has been found that the anode can detect at a high count rate of 2 × 108/s/360°. Developments in both delay line and discrete anodes, as well as readout electronics, will be reviewed.
-
EARTH PLANETS AND SPACE 64(2) 83-92 2012年 査読有りAt similar to 25 km altitude over magnetic anomalies on the Moon, the deceleration of the solar wind ions, acceleration of the solar wind electrons parallel to the magnetic field, and heating of the ions reflected by magnetic anomalies were simultaneously observed by MAP-PACE on Kaguya. Deceleration of the solar wind ions was observed for two major solar wind ion compositions: protons and alpha particles. Deceleration of the solar wind had the same Delta E/q (Delta E: deceleration energy, q: charge) for both protons and alpha particles. In addition, the acceleration energy of the electrons was almost the same as the deceleration energy of the ions. This indicates the existence of an anti-moonward electric field over the magnetic anomaly above the altitude of Kaguya. The reflected ions were observed in a much larger area than the area where magnetic field enhancement was observed. These reflected ions had a higher temperature and lower bulk velocity than the incident solar wind ions. This suggests the existence of a non-adiabatic dissipative interaction between solar wind ions and lunar magnetic anomalies below Kaguya.
-
SPACE SCIENCE REVIEWS 154(1-4) 265-303 2010年7月 査読有り筆頭著者MAP-PACE (MAgnetic field and Plasma experiment-Plasma energy Angle and Composition Experiment) on SELENE (Kaguya) has completed its similar to 1.5-year observation of low-energy charged particles around the Moon. MAP-PACE consists of 4 sensors: ESA (Electron Spectrum Analyzer)-S1, ESA-S2, IMA (Ion Mass Analyzer), and IEA (Ion Energy Analyzer). ESA-S1 and S2 measured the distribution function of low-energy electrons in the energy range 6 eV-9 keV and 9 eV-16 keV, respectively. IMA and IEA measured the distribution function of low-energy ions in the energy ranges 7 eV/q-28 keV/q and 7 eV/q-29 keV/q. All the sensors performed quite well as expected from the laboratory experiment carried out before launch. Since each sensor has a hemispherical field of view, two electron sensors and two ion sensors installed on the spacecraft panels opposite each other could cover the full 3-dimensional phase space of low-energy electrons and ions. One of the ion sensors IMA is an energy mass spectrometer. IMA measured mass-specific ion energy spectra that have never before been obtained at a 100 km altitude polar orbit around the Moon. The newly observed data show characteristic ion populations around the Moon. Besides the solar wind, MAP-PACE-IMA found four clearly distinguishable ion populations on the day-side of the Moon: (1) Solar wind protons backscattered at the lunar surface, (2) Solar wind protons reflected by magnetic anomalies on the lunar surface, (3) Reflected/backscattered protons picked-up by the solar wind, and (4) Ions originating from the lunar surface/lunar exosphere.
-
PLANETARY AND SPACE SCIENCE 58(1-2) 182-200 2010年1月 査読有りMercury is one of the least explored planets in our solar system. Until the recent flyby of Mercury by MESSENGER, no spacecraft had visited Mercury since Mariner 10 made three flybys: two in 1974 and one in 1975. In order to elucidate the detailed plasma structure and dynamics around Mercury, an orbiter BepiColombo MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) is planned to be launched in 2013 as a joint mission between ESA and ISAS/JAXA. Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) was proposed in order to investigate the plasma/particle environment around Mercury. MPPE is a comprehensive instrument package for plasma, high-energy particle and energetic neutral atom measurements. It consists of seven sensors: two Mercury electron analyzers (MEA1 and MEA2). Mercury ion analyzer (MIA), Mercury mass spectrum analyzer (MSA),. high-energy particle instrument for electron (HEP-ele), high-energy particle instrument for ion (HEP-ion), and energetic neutrals analyzer (ENA). Since comprehensive full three-dimensional simultaneous measurements of low to high-energy ions and electrons around Mercury as well as measurements of energetic neutral atoms will not be realized before BepiColombo/MMO's arrival at Mercury, it is expected that many unresolved problems concerning the Mercury magnetosphere will be elucidated by the MPPE observation. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.
-
GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS 35(24) L24205 2008年12月 査読有り筆頭著者Interaction between the solar wind and objects in the solar system varies largely according to the settings, such as the existence of a global intrinsic magnetic field and/or thick atmosphere. The Moon's case is characterized by the absence of both of them. Low energy ion measurements on the lunar orbit is realized more than 30 years after the Apollo period by low energy charged particle analyzers MAP-PACE on board SELENE(KAGUYA). MAP-PACE ion sensors have found that 0.1%similar to 1% of the solar wind protons are reflected back from the Moon instead of being absorbed by the lunar surface. Some of the reflected ions are accelerated above solar wind energy as they are picked-up by the solar wind convection electric field. The proton reflection that we have newly discovered around the Moon should be a universal process that characterizes the environment of an airless body. Citation: Saito, Y., et al. (2008), Solar wind proton reflection at the lunar surface: Low energy ion measurement by MAP-PACE onboard SELENE (KAGUYA), Geophys. Res. Lett., 35, L24205, doi:10.1029/2008GL036077.
-
EARTH PLANETS AND SPACE 60(4) 375-385 2008年 査読有り筆頭著者MAP-PACE (MAgnetic field and Plasma experiment-Plasma energy Angle and Composition Experiment) is one of the scientific instruments onboard the SELENE (SELenological and ENgineering Explorer) satellite. PACE consists of four sensors: ESA (Electron Spectrum Analyzer)-S1, ESA-S2, IMA (Ion Mass Analyzer), and IEA (Ion Energy Analyzer). ESA-S1 and S2 measure the distribution function of low-energy electrons below 15 keV, while IMA and IEA measure the distribution function of low energy ions below 28 keV/q. Each sensor has a hemispherical field of view. Since SELENE is a three-axis stabilized spacecraft, a pair of electron sensors (ESA-S1 and S2) and a pair of ion sensors (IMA and IEA) are necessary for obtaining a three-dimensional distribution function of electrons and ions. The scientific objectives of PACE are (1) to measure the ions sputtered from the lunar surface and the lunar atmosphere, (2) to measure the magnetic anomaly on the lunar surface using two ESAs and a magnetometer onboard SELENE simultaneously as an electron reflectometer, (3) to resolve the Moon-solar wind interaction, (4) to resolve the Moon-Earth's magnetosphere interaction, and (5) to observe the Earth's magnetotail.
MISC
252-
日本物理学会講演概要集 61 83-83 2006年
-
宇宙航空研究開発機構研究開発報告 5(05-009) 1-33 2005年11月本研究の目的は,磁気圏in-situ 高温プラズマ観測において,電子ダイナミクスを解明する高い時間分解能を得ることができる,新しい方式による検出部の開発である.MCP(microchannelplates)と位置検出マルチアノードからなり,ASIC(Application specific integrated circuit)技術を取り入れるところが新しい.ASICとマルチアノードの組み合わせは,最も高速な信号処理を可能にするだけでなく,同時に小型,軽量,低消費電力な検出部になると期待が持てる.これを可能にする基盤技術は,ASICをアノード基板(セラミック)の裏面へ直接搭載することである.アノード表面は,多数の個別アノードを構成する導体パターンが,プリントしてある.このアノード基板をはさんだ,表と裏の導体パターンによる静電容量を,信号検出に用いる.これは,アノード表面の高電圧と信号処理系を絶縁する,高電圧絶縁コンデンサーの代用である.アノード基板は,厚さ1mmのアルミナであり,導体パターンでつくる.基板利用コンデンサーの静電容量は3pFである.これは通常,信号検出に用いられる,高電圧絶縁コンデンサーの静電容量より2桁小さい.高電圧絶縁コンデンサーを,この極めて小さい静電容量で代用できるかというのは,小型化を目的としてた電子検出部として,ASICを採用できるかどうかの決定要素であった.しかしながら,われわれの実験結果は,低静電容量による信号の減衰はあっても約50%であることを示した.厚さ1mmというのは,構造強度の要求を満たすので,この基板利用コンデンサーは,衛星搭載機器に利用できる設計概念である.次に個別アノード間の静電カップリングを測定した.多くの個別アノードが有効面積を大きくとれるように互いに隣接した構造をとる.マルチアノードシステムでは,重要な検討項目である.その結果,基板利用コンデンサーを使用するアノードは,隣接する個別アノード間に10%のクロストークがあった.一方で,アノードと処理系を直結させる場合では,電気的クロストークは無視できるレベルである.よって,電気的クロストークも,基板利用コンデンサーの低い静電容量の影響である.10%のクロストークは,アノード運用時,信号レベルの適切な設定により十分回避できる大きさであるが,将来的には,静電容量を大きくとるほうが望ましく,今後の課題である.今回,ASICはローレンスバークレー研究所が開発してきたSSD用の荷電アンプ,ディスクリミネータ,カウンターまでを含むチップを用い,マルチアノードを試作した.このチップのサイズは,およそ1.2mm×1.2mmである.実際に,イオンビームを照射し,試験した結果,われわれの新しいタイプのマルチアノードは,さらに研究を進める必要があるものの将来の磁気圏ミッションで,高時間分解能な高温プラズマ観測へ適用可能できると結論する.
-
宇宙航空研究開発機構特別資料 = JAXA Special Publication: 9th Spacecraft Charging Technology Conference (5) 192-195 2005年8月1日資料番号: AA0049206025レポート番号: JAXA-SP-05-001E
-
宇宙航空研究開発機構特別資料 = JAXA Special Publication: 9th Spacecraft Charging Technology Conference (5) 155-160 2005年8月1日資料番号: AA0049206021レポート番号: JAXA-SP-05-001E
-
宇宙航空研究開発機構特別資料: 第1回宇宙環境シンポジウム報告書 = JAXA Special Publication: Proceedings of the First Spacecraft Environment Symposium (4) 142-147 2005年3月31日資料番号: AA0048468025レポート番号: JAXA-SP-04-010
-
2005年2月16日On December 27, 2004, plasma particle detectors on the GEOTAIL spacecraft detected an extremely strong signal of hard X-ray photons from the giant flare of SGR1806-20, a magnetar candidate. While practically all gamma-ray detectors on any satellites were saturated during the first ~500 ms interval after the onset, one of the particle detectors on GEOTAIL was not saturated and provided unique measurements of the hard X-ray intensity and the profile for the first 600 ms interval with 5.48 ms time resolution. After ~50 ms from the initial rapid onset, the peak photon flux (integrated above ~50 keV) reached the order of 10^7 photons sec^{-1} cm^{-2}. Assuming a blackbody spectrum with kT=175 keV, we estimate the peak energy flux to be 21 erg sec^{-1} cm^{-2} and the fluence (for 0-600 ms) to be 2.4 erg cm^{-2}. The implied energy release comparable to the magnetic energy stored in a magnetar (~10^{47} erg) suggests an extremely efficient energy release mechanism.
-
日本物理学会講演概要集 60 207-207 2005年
-
26pXA-5 磁気圏プラズマにおけるスケール間結合と次期磁気圏観測衛星計画SCOPEの概要(プラズマ宇宙物理(MHD現象3),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))日本物理学会講演概要集 60 231-231 2005年
-
宇宙航空研究開発機構研究開発報告 JAXA-RR- 5(05-010) 1-31 2005年11月MCP出力チャージの大きさ(=チャージクラウド)を実験と計算の両方で調べた.MCP出力チャージは,MCPのチャンネル径で決まる有限の初期半径を持って出力される.そしてその電子雲は,角度分散とエネルギーを持っており,アノード上で初期の大きさ以上に広がる.それに加え,アノード落下時に空間電荷効果でも広がる.チャージクラウドを様々なアノード電圧,電荷量(印加電圧の制御による)での大きさを求めた.実験結果はこれらの効果を考慮したモデル計算でよく説明できる.このときチャージクラウドの空間電荷密度分布をガウス分布と仮定することで大きさを求めた.ガウス分布の標準偏差を,チャージクラウドの半径とした.MCP出力側からアノードの距離が2.5mm,アノード電圧70〜300Vの場合,チャージクラウドの半径は,およそ0.4〜1mmの間をとる.半径は,アノード電圧が大きいほど小さく,ほぼアノード電圧の2乗根の反比例する.また,半径は,MCP出力電荷量にも依存し,電荷量が少ないほど,半径も小さくなる.モデルでは,パルス電流の落下時の広がりを求めることにより,空間電荷分布を計算できる.この結果は,Edgarの実験結果ともよく一致する.
-
宇宙航空研究開発機構研究開発報告 3 1-80 2004年3月現在月はグローバルなダイポール磁場を持たないことが知られている.しかし過去の観測から月表面には磁気異常が存在することが解っている.もし月溶岩地形に関係した数kmから10km程度の磁気異常が多々見つかれば,それはおそらく熱残留磁化起源であり,月表面の地形依存した磁気異常モーメントの方向と年代が,推測される古月グローバル磁場と矛盾が無ければ,溶岩形成当時の月グローバル磁場の存在を強く示唆する.我々は電子反射法によって磁気異常を観測するため,SELENE衛星搭載用電子エネルギー分析器(ESA:Electron Spectrum Analyzer)の開発を行なった.電子反射法とはSELENE衛星に搭載される磁力計LMAG(Lunar MAGnetometer)と同時に観測を行い,太陽風の電子が月表面の磁場によって反射されることで生じる電子のピッチ角異方性を利用して月表面磁場を求める方法である.SELENE衛星は3軸姿勢制御衛星であるためスピンしない.そのため月面側に1台,反月面側に1台の計2台のESAで4πの視野を持たせることにした.ESAは基本的にはTop-Hat型の静電分析器であるが,荷電粒子の入射口に45°方向を中心に±45°の掃引を行なう視野角掃引電極を置くことで2πの視野を持つことができる.分析器の開発に際しては,1998年にNASAにより打ち上げられた月周回衛星であるLunar Prospectorのデータを用いて,月周回軌道上で取得が予想される電子のカウント数を推定し,2台の衛星搭載用ESAの感度を決定した.さらに数値計算によるESAの特性と較正実験結果を比較することで,新規開発要素である視野角掃引電極の性能とセンサーの加工精度,組み上げ精度に問題が無い事を確認した.月溶岩地形に依存した数kmから10km程度の磁気異常を測定するためには,測定エネルギー,角度分解能,時間分解能などの運用モードを適切に選択する必要がある.そこでtest particleシミュレーションを行うことで適切な運用モードを特定し,10km程度の磁気異常を世界最高レベルの時間分解能1秒で観測できることを示した.
-
宇宙科学研究所報告 128(128) 1-55 2003年9月地球磁気圏はダイナミックな現象に富んでいるが,その中でも高温のプラズマシートの成因と粒子加速・過熱過程の解明は宇宙空間物理学における重要な問題である.1keVから100keVというエネルギー帯は,プラズマシート電子において熱的なスペクトル構造から非熱的なものへと移行を示す特徴的な領域であり,このエネルギー帯での電子計測は磁気圏におけるプラズマ加速・過熱メカニズムの本質に迫る上で直接的な手がかりとなりうる.その重要性にもかかわらず,1keVから100keVの電子は今日までは検出素子の技術上の問題から観測のギャップ領域となっており,正確に測定することが難しかった.従ってこの領域の電子をターゲットにした観測を行うことは新しい観測領域の開拓であり,またこれまで行われてきた観測の信頼性を問う点においても非常に有意義である.本研究の目的は,APD (Avalanche Photodiode) という素子をこのエネルギー帯の電子計測に応用し,その穴を埋めようとすることである.本論文の構成を以下に記す. 第1章ではこの1-100keV電子の観測意義について過去の研究結果も交えて議論した上で,2次電子増倍管,アバランシェ増倍のない固体検出素子という今日の電子計測技術と,それに付随する検出効率やノイズ対策という問題点を取り上げる.第2章では本研究で1-100keV電子を的確な有感領域内で測定できるという結論に至ったAPD素子の原理について,理論的な面から紹介する.APDは固体検出素子(SSD)の一種である.内部の高電界に起因するオージェ過程を介した衝突電離により雪崩的に信号電荷を増倍させ,常温でも高S/N計測が可能である.一方で高電界稼働によるノイズの付加もあり,S/Nに制限を与えている. 第3章ではX線を使った浜松ホトニクス製APD(Z7966-20)の較正実験結果を示す.^55Fe線源の5.9keV輝線のピークを捉えることに成功し,雪崩増倍を経た後でも電離放射線のエネルギー分解を行えることがわかった.ピークの分解能の推移から,以下の実験における印加バイアス電圧を151Vとした. 第4章では1-100keV電子と検出器固体との相互作用について論じる.モンテカルロ法による計算機シミュレーションコードを開発し,入射電子の内部過程を再現して軌道を解いた. そして第5章では目標であったAPDによる5keVから20keV電子ビーム計測の基礎実験結果を示すとともに,計測時の分解能を決めている物理について議論する.電子は入射エネルギーに対して直線性をもって計測され,APDによってX線と同様に電子もエネルギー分解が可能であることがわかった.また分解能は12keVにおいて最もよい結果が得られた.低エネルギー電子に対しピーク形成を決めているのは不感層の厚みであり,分解能には内部の生成電荷による空間電荷効果が影響を及ぼしている可能性がある.電子計測実験の最後にCEMとの比較実験を示す.APDは20keVの電子に対してはCEMの3倍の効率で計測が可能であり,CEMに代わって高い効率で1-100keV電子を計測できる可能性が拓けた.最後に第6章では,本研究のまとめと将来の探査衛星への応用を見据えた課題について検討する.資料番号: SA0200057000
-
宇宙科学シンポジウム 2 21-24 2001年11月19日
-
宇宙科学シンポジウム 1 359-362 2001年1月11日記事種別: 会議・学会報告・シンポジウム
-
地球電磁気・地球惑星圏学会総会及び講演会予稿集(CD-ROM) 110th (Web) 2001年
-
JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SPACE PHYSICS 103(A3) 4379-4390 1998年3月The strahl component of solar wind electrons, which constitutes field-aligned electron heat flux running away from the Sun, is a strong candidate for the origin of the polar rain. We investigate the entry process of the strahl electrons into the distant-tail magnetosphere and discuss topologies of Earth's field lines in this paper. The Geotail satellite has often observed either gradual or abrupt transitions from the magnetosheath electrons to the bidirectional lobe electrons at the magnetopause. In some cases, the strahl flux of the sheath electrons flowing tailward gradually turned near the magnetopause and finally became the earthward flux of the bidirectional lobe electrons. This transition is accompanied by the rotation of the magnetic field direction and indicates the direct entry of the strahl electrons along open field lines. On the basis of the data of 38 magnetopause crossings by Geotail, we investigate variation of density of the strahl (polar rain) electrons and that of ion density near the magnetopause. It is shown that the strahl electrons decrease upon crossing the magnetopause, and the decrease is correlated with that of ions, although, quantitatively, the strahl electrons do not decrease so much as ions. It is suggested that the strahl electrons enter the magnetosphere along open field lines more freely than ions, but their entry is under the influence of charge neutrality with ions. It remains as a problem why the Geotail data do not show the presence of electrons escaping from the magnetosphere along open field lines.
-
Proceedings of International Conference on Substorms-4 195-198 1998年
-
宇宙科学研究所報告 98(98) 1-23 1997年11月1994年2月20日01UTに発生した太陽フレアは, その伝播過程で強い惑星間空間衝撃波を生じた。太陽風中をモニターしていたGEOTAIL衛星は, 翌日2月21日09UTにこの衝撃波と遭遇し, 粒子分布や磁場等のプラズマ状態を詳細に観測することができた。その結果, このイベントに幾つかの特筆すべき現象がみられることが明らかになった。高周波まで及ぶ比較的強い磁場波動が観測された他, イオンのみならず, 電子に於いても衝撃波フェルミ加速の結果といえる分布とエネルギースペクトルが得られた。1AUに於いて電子の衝撃波統計的フェルミ加速のはっきりした証拠が得られることは, 大変希である。本稿では, 電子の衝撃波フェルミ加速現象の報告を中心に, それに関連する観測結果を述べていきたい。資料番号: SA0166484000
-
プラズマ・核融合学会誌 = Journal of plasma and fusion research 72(1) 12-15 1996年1月25日Magnetic reconnection has been known as one of the most important physical mechanisms intervening in the energy transfer processes in various plasma phenomena. In this article, we shall give a brief review on the observational evidence on magnetic reconnection occuring in the earth's magnetotail.
講演・口頭発表等
202共同研究・競争的資金等の研究課題
32-
日本学術振興会 科学研究費助成事業 2023年4月 - 2026年3月
-
日本学術振興会 科学研究費助成事業 2022年6月 - 2025年3月
-
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 2020年4月 - 2023年3月
-
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(S) 2017年5月 - 2022年3月
-
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 2017年4月 - 2021年3月
● 指導学生等の数
4-
年度2021年度(FY2021)博士課程学生数1修士課程学生数2
-
年度2020年度(FY2020)博士課程学生数1修士課程学生数2
-
年度2019年度(FY2019)博士課程学生数2修士課程学生数2
-
年度2018年度(FY2018)博士課程学生数2修士課程学生数3
● 専任大学名
1-
専任大学名東京大学(University of Tokyo)