概要

「かぐや」（SELENE）は、日本の宇宙航空研究開発機構（JAXA）が主導する月探査ミッションで、月の起源と進化を解明することを目的としています。2007年9月14日に打ち上げられ、2009年6月10日に運用を終了しました。このミッションは、月の表面や内部構造、磁場・プラズマ環境、重力場などを詳細に観測するために設計されました。「かぐや」は、月を周回する軌道に投入され、様々な観測装置を搭載していました。

「かぐや」は、高度約100kmの極・円軌道を周回する主衛星と、より高い楕円軌道を周回する2機の子衛星（「おきな(リレー衛星)」・「おうな(VRAD衛星)」）から構成されます。主衛星の大きさは約2.1m x 2.1m x 4.8mで、質量は約3トンです。運用終了時には、2009年6月11日に月の表側に制御落下させられました。

観測装置について

X-Ray Fluorescence Spectrometer (XRS)

XRS は、月の表面から放出される蛍光X線を観測する装置です。これにより、月の表面の元素組成を分析することができます。XR Sは、特にマグネシウム、アルミニウム、シリコンなどの元素を検出する能力を持っています。

Gamma-Ray Spectrometer (GRS)

GRS は、月の表面から放出されるガンマ線を観測する装置です。ゲルマニウム半導体（Ge）をスターリング冷凍機でマイナス180℃以下に冷却したものでガンマ線を測定します。月面で発生するさまざまなエネルギーのガンマ線を高精度で識別でき、ウラン、トリウム、カリウムなどの放射性元素を含む 10 種類以上の元素に関して、月面存在量を測定します。
測定データを全球マッピングをすることで、月の起源や進化の解明に迫ります。また月の極域に水があるかどうかも調べることができます。

Lunar Imager,SpectroMeter (LISM)

LISMは、惑星表面の構造や物質を把握するために画像やスペクトルを観測する機器です。本機器は、地形カメラ（TC）、マルチバンド・イメージャ（MI）、スペクトル・プロファイラ（SP）という3つのセンサーで構成されています。

Multiband Imager (MI)

MI は、可視光から近赤外線までの複数の波長帯で月の表面を撮影するカメラです。MI はプッシュブルーム方式により月面の連続撮像を行います。異なる９つの波長で月面を撮影するために、フィルタを貼った２種類の２次元検出器をつけたカメラ２つを直下視方向に向けています。
これにより、月の鉱物組成や地質構造を詳細に分析することができます。

Spectral Profiler (SP)

SP は、衛星直下の月面を観測する分光計です。2枚の回折格子を用いて、表面で反射された可視域から近赤外域の光を296の波長に分光します。これにより、月の鉱物組成を詳細に分析することができます。

Terrain Camera (TC)

TC は、月の表面を高解像度で撮影するカメラです。TCはプッシュブルーム方式の撮像装置であり、月面を連続的に観測します。また、ステレオ撮影を行うことで、月の3次元地形図を作成することも可能です。これにより、月の地形を詳細にマッピングすることができます。

Laser Altimeter (LALT)

LALT は、月の表面の高度を測定するためのレーザー高度計です。LALTは、主衛星から月面に向かってレーザ光を発射し、月面で反射された光が戻るまでの往復時間を測ることで衛星と月面間の距離を求めます。主衛星は月を極軌道で周回しているので月全面をカバーする距離データが得られ、これを用いて月面全体の高精度な地形図を作成することができます。

Lunar Radar Sounder (LRS)

LRS は、月の表面および地下構造を探査するためのレーダー装置です。LRSシステムは、月の地下深くまで到達可能な 5 MHz の周波数を持つ RF パルスを送信します。この電波が地下物質の不連続面に遭遇すると、地下エコー信号が発生します。この地下信号を観測することで、月の地下構造を把握することが可能になります。このような地下に存在する地層構造の傾きなどから、月の熱史など月のなりたちを探る重要な手がかりを得るこができます。

Lunar Magnetometer (LMAG)

LMAG は、月の磁場を観測する装置です。センサを衛星本体から 12 ｍ 伸ばした超軽量マストの先に取り付け、衛星上の機器が発生する磁場の影響がないように工夫してあり、地球磁場の10万分の１より小さな磁場まで観測できるようになっています。
これにより、月の内部構造や磁場の起源を解明することができます。

Plasma energy Angle and Composition Experiment (PACE)

PACE は、月周辺のプラズマ環境を観測する装置です。月の周りの電子を計測する電子分析器２台（ESA-S1とESA-S2）、太陽風イオンを計測するイオン分析器1台（IEA-S）、そして月周辺のイオンを計測するイオン質量分析器1台（IMA-S）で構成されています。電子やイオンのエネルギー、密度、速度、温度、質量等を測定する事ができます。
これにより、月周囲のプラズマの密度や温度の成因を明らかにすると同時に、起源となっている月表面のナトリウム、カリウムなどのアルカリ物質の分布を調べることができます。

Charged Particle Spectrometer (CPS)

CPS は、月周辺の高エネルギー粒子を観測する装置です。CPS は2つのサブコンポーネント、すなわちアルファ線検出器（ARD）と粒子線検出器（PS）で構成されています。これにより、月の周囲の放射線環境を詳細に分析することができます。CPSは、特に太陽風や宇宙線の影響を測定する能力を持っています。

Alpha Ray Detector (ARD)

ARDは、ガス放出を特定するために、月面上の Rn（ラドン）や Po（ポロニウム）から放出されるアルファ線を検出します。
これらの分布を調べることにより、過去約50年間の地殻変動に関する情報を得ることが可能になります。

Particle Spectroscopy (PS)

PS は、人類が月、火星、宇宙へと進出して行く時に脅威となる宇宙線による放射線環境を調べ、宇宙における放射線の予報（宇宙天気）を行うための基礎となるデータを取得します。

Radio Science (RS)

RS は、月の重力場を詳細に測定するための装置です。これにより、月の内部構造や質量分布を解明することができます。RSは、電波のドップラーシフトを利用して重力場を測定します。

Upper Atmosphere and Plasma Imager (UPI)

UPI は、月周回軌道上から地球の超高層大気とプラズマを観測する装置です。本装置は、プラズマ圏を観測する極端紫外線望遠鏡（TEX）と、オーロラや大気光の全球的な分布を観測する可視光望遠鏡（TVIS）という2つの望遠鏡で構成されています。

Extreme Ultraviolet Telescope (TEX)

TEX は、酸素イオンおよびヘリウムイオンによる共鳴散乱光を検出することで、地球のプラズマ圏を観測します。この望遠鏡は、高効率ミラーと、抵抗アノードを備えたマイクロチャンネルプレートを採用しており、128×128ピクセルの画像を生成します。その空間分解能は500kmです。TEX 観測からは、地球近傍のプラズマ空間分布を 10 分ごとに知ることができます。特に世界初となる酸素イオン発光による全地球撮像は宇宙空間プラズマ物理学を大きく進展させるでしょう。

Visible Light Telescope (TVIS)

TVIS は、高速な反射屈折光学系と高感度 CCD を搭載し、高速で変化するオーロラや微弱な大気光を撮像します。その視野は、月面から見た地球の円盤（地球盤）に相当します。地上での空間分解能は約 30 kmです。観測波長は、フィルターを切り替えることで変更可能です。
TVIS による南北両半球オーロラ帯の同時撮像から、南北地磁気共役点オーロラの詳しい直接比較が可能になります。また、大気光観測からは超高層大気中を、大規模電離層擾乱がグローバルに伝搬していく様子を一目瞭然にとらえることができます。

High-Definition Television Camera (HDTV)

HDTV は、月の周回軌道上からみた地球の映像や月面の映像をハイビジョン画質で伝送します。220万画素CCDを青緑赤の３原色に各々使用した望遠と広角の２つのカメラを搭載しています。これにより、他の科学成果とともに、一般への広報や教育に映像を提供します。

Relay Satellite (RSAT) / VLBI Radio Source (VRAD)

RSAT は、子衛星 Rstar (Okina) に搭載された電波中継器です。主衛星が月の裏側にいる間に臼田から送信されたアップリンク電波は、RSAT を介して主衛星へ送られ、再び RSAT を経由して臼田に戻されます。その後、臼田においてドップラー周波数が測定されます。
VRAD は、子衛星 Vstar (Ouna) に搭載された月の重力場を観測するための電波源です。複数の地上局と連携し、相対 VLBI（超長基線干渉法）を用いて VRAD が発する電波を追跡することにより、子衛星の軌道を正確に決定します。
これらにより、月の裏側でのドップラー計測を可能とし、月の裏側の重力場を直接測定します。

得られた成果

「かぐや」ミッションは、月の起源と進化に関する多くの重要なデータを提供しました。特に、月の表面の詳細な地形図や鉱物組成のマッピング、月の地下構造の解明、月の磁場や重力場の詳細な測定など、多岐にわたる成果が報告されています。これらのデータは、月の形成過程や内部構造の理解に大きく貢献しています。