人工衛星GOSAT📡🛰

2020年9月7日 22:35

以下の記事を読んで自分も宇宙関連の記事を書きたいと思い、せっかく宇宙関連の仕事をやっているから仕事関係のことを書こう！と思ったものの、SNSで仕事のことは書いてはいけないのが実情…

のため、自分が入社してすぐに携わった業務に関連することを書こうと思う！

きっかけの記事

🌎地球温暖化

今、世界では地球温暖化が深刻だと言われていて、あらゆる対策がとられている。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1997年に日本の京都で開かれた気候変動に関する国際会議の議定書通称;京都議定書の名前を聞いたことがある人も多いだろう。京都議定書では、先進諸国に対して（先進諸国の中で条約を締約した国に対して）、2008-12年における温室効果ガス(※のちほど説明する温室効果がはたらく要因となる気体)の排出量を1990年比で全体として5.2%削減するよう提言がなされた。

昨年の国連本部の気候変動サミットでの、グレタさんの環境問題に関する熱烈なスピーチは記憶に新しい。

では具体的にはどれくらい温度が上昇しているのかというと、IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change ; 国連気候変動に関する政府間パネル)の2014年の報告書によると、1880-2012年の間で世界平均気温が0.85℃上昇しているそうだ。

地球温暖化_温度

(https://www.jccca.org/chart/chart02_03.html)

地球温暖化の影響は、温度上昇そのものだけでなく、温度が上昇することによる氷河や北極域の海氷・凍土の縮小、大雨の頻度・降雨量の増加、海面上昇による国土の水没などが予想されている。

🌪温室効果

なぜ温度が上昇しているのか？

それには私たちの身体から出てくるアイツが関わっている。

そう、二酸化炭素 CO2。そしてメタン CH4。

主に二酸化炭素とメタンが温室効果を高めることによって地球の温暖化が進んでいると言われている。

※調べてみると、温室効果に最も大きく貢献している気体はなんと水蒸気らしい(視覚でとらえるフォトサイエンス地学図録)。でも人為的な要因で増えているのが二酸化炭素なので、二酸化炭素が問題になっている。

温室効果とは、

大気中に含まれる温室効果ガス(温室効果に関係している気体=二酸化炭素やメタン)が地表からの赤外線を吸収し、一部を地表に再放射して、地表を暖める現象のことだ。

(視覚でとらえるフォトサイエンス地学図録)

今の時点だと、温室効果=悪だ！となりかねないが、そういう訳でもない。

約24憶5000万~22億年前と、約7億3000万～6億3500万年前、地球は全体が氷で覆われた全球凍結状態(スノーボールアース)となっていた。

そんな状況を一変させたのが火山活動に由来する二酸化炭素やメタンなどによる温室効果だ。

さらに、太陽の放射エネルギーから考えると、現在の地球の平均地表面温度は-19℃になるらしいのだが、実際は14℃である。

これも温室効果の影響だ。

そして、19世紀の産業革命以降、化石燃料の使用によって二酸化炭素が排出され、その濃度が高くなってきているため、結果的に温室効果の影響も大きくなり温度が上昇しているのだ。

そんな温室効果ガスの観測は、地上に機器を設置したり、航空機に観測装置を取り付けたりして行っているが、観測地点の数が少なく、地域も限られてしまうという問題がある。

🛰いぶき/GOSAT

そんな問題を解決するために活躍してきた(今も現役)のが、自分が関わっていた

人工衛星いぶき:Green house gasses Observation SATellite 略称 GOSAT 🛰なのだ。

いぶきは、地球のほぼ全域を、同一周期(3日で同じ場所に戻ってくる)で観測することで、上記の問題を解決する。

観測領域

観測パターンの例。このように満遍なく地球を観測している。(https://www.eorc.jaxa.jp/GOSAT/instrument_1_j.html)

ではどのように二酸化炭素、メタンの量を調べるのかと言うと…電磁波(正確には、いぶきでは赤外線を利用している)を利用するのだ。

電磁波

電磁波の波長の種類(https://hegtel.com/denjiha-nani.html)

電磁波は電場と磁場の変化を伝える波のことで、波長によって分類されている。人間の目で認識することができる波長領域を可視光線といい、可視光線の波長の違いを「色」として認識している。

紫外線は可視光線より波長が短い領域で、つまり振動数が大きいのでその分エネルギーが高く、皮膚に当たると日焼けを起こしたり、細胞を殺したりする。

赤外線は可視光線より波長が長い領域で、物質に吸収されて熱エネルギーになりやすく、物を温める効果がある。

※日常生活でよく使う「光」は、可視光線のことを指したり、赤外線～紫外線のことを指したりします。(詳しいところはわかりません、、^^;)。

そして、すべての物体は常に電磁波を放射していて、物質によって吸収する波長域が異なる。二酸化炭素がよく吸収する波長域(吸収スペクトル)は15μm程度の赤外線だ。

いぶきでは短波長赤外領域と近赤外領域の電磁波を観測している。赤外線の中でも波長が短い、可視光線寄りの領域の光だ。

観測センサに入射するこの2つの領域の赤外線に対して、以下のような仕組みで、物理や数学で習う光の干渉とフーリエ変換を用いることによって二酸化炭素の量,濃度を調べている。

観測センサに入ってくる光をビームスプリッタと呼ばれる機器で2つの光路に分け、両者に光路差(光の進む距離の差)を作って再び合成することにより干渉を起こさせる。移動式の鏡を用いて光路差を少しずつ変えながら観測した信号をフーリエ変換と呼ばれる数学的な変換を行うことによって、波長別の光の強度分布（スペクトル）を得ることができる。

(http://www.gosat.nies.go.jp/about_%EF%BC%92_observe.html)

※光の干渉とは、2つ以上の波が重なり合うことで波を強め合ったり、弱め合ったりする現象のこと。波の干渉のようなイメージで、お風呂に指を二本入れたときに波紋がぶつかるような感じだ。

※フーリエ変換とは、色んな形の波が集まった複雑な波形を、一つ一つ周波数ごとに単純な波形に分解する計算のことで、いぶきで使用しているようなフーリエ干渉計では、信号強度⇒光のスペクトルを得る流れの中でこの計算が行われている。

フーリエ変換

フーリエ変換の流れ。上記の図のような流れで赤外線の吸収スペクトルを得る。

以下のサイトが非常にわかりやすくフーリエ変換について説明している。

いぶきは今年で運用11年目。地球観測衛星の中では運用年数最長記録らしい。高度約666kmを周回しているので、高度400kmを周回しているISSのちょっと上くらいだ。

世界にはいぶきのように地球を回る衛星がどれくらいあるかというと..

JAXAの質問コーナーによると

国連宇宙部によると、これまでに世界各国で打ち上げられた人工衛星（ISS輸送機などの宇宙機を含む）は2017年2月時点で7,600機を超えており、地上に回収されたものや、高度が下がって落下したものを除いても、軌道上の衛星は約4,400機以上あります。

とのこと。2020年代中頃までに12000基を打ち上げるとイーロン・マスクが計画しているが、現時点で既にスターリンク衛星群が7000基ほど打ちあがっているようだ。(Wikipedia参照)(なんと数日前にも60機の打ち上げに成功しているそう＼(◎o◎)／！wao)

そんな衛星1つ1つにいぶきと同じようにミッションがある。そのミッションを達成するために、今もどこかで働いている人たちがいる。

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以上、簡単だけど自分なりに改めて調べながら業務の紹介をしてみた。笑

先輩や後輩と愚痴りながら何とか頑張ってたあの頃が懐かしい（笑）

自分たちが苦労して手に入れた実験データが今後の地球人類のために活用されていったらいいな。

参考文献、参考資料

・GOSATプロジェクトHP(http://www.gosat.nies.go.jp/index.html)

・EORC HP(https://www.eorc.jaxa.jp/GOSAT/instrument_1_j.html)

・全国地球温暖化防止活動推進センターHP

(https://www.jccca.org/global_warming/knowledge/kno02.html)

・視覚でとらえるフォトサイエンス地学図録

・「電波と光」のことが一冊でまるごとわかる本

・ファンファンJAXA (https://fanfun.jaxa.jp/faq/detail/57.html)

#私の仕事

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