赤外線宇宙観測所

赤外線宇宙観測所

望遠鏡の概略図
名前	ISO
オペレーター	ESAはISASとNASAから多大な貢献を受けている
コスパーID	1995-062A
SATCAT番号	23715
Webサイト	ESA 科学における ISO
ミッション期間	28ヶ月22日
宇宙船の特性
メーカー	アエロスパシアル
BOL質量	2498キロ
ミッション開始
発売日	1995年11月17日 01:20 (UTC) ( 1995-11-17T01:20Z )
ロケット	アリアン4 4P
発射場	ELA-2
ミッション終了
無効化	1998年5月16日
軌道パラメータ
参照システム	地球中心
政権	非常に楕円形
近地点高度	1000キロ
遠地点高度	70600キロ
期間	24時間
オービター
主要
タイプ	リッチー・クレティエン
直径	60センチメートル
焦点距離	900 cm、f /15
波長	2.4～240マイクロメートル（赤外線）
楽器 アイソカム ISO赤外線カメラ アイソフォト ISOフォトポラリメーター ライト 長波分光計 スウェーデン 短波分光計
ISOミッション のレガシーESAの記章

赤外線宇宙望遠鏡（ISO）は、欧州宇宙機関（ESA）がISAS（現在はJAXAの一部）およびNASAと協力して設計・運用した赤外線用の宇宙望遠鏡である。ISOは波長2.5～240マイクロメートルの赤外線を研究するために設計され、1995年から1998年まで運用された。^[1]

4億8010万ユーロを投じた衛星^{[2] [3]}は、1995年11月17日にフランス領ギアナのクールー近郊にあるギアナ宇宙センターのELA-2 発射台から打ち上げられた。打ち上げロケットはアリアン4 4Pロケットで、ISOは高度に楕円形の地球中心軌道にうまく投入され、24時間で地球の周りを1周した。リッチー・クレティアン望遠鏡の主鏡は直径60cmで、超流動ヘリウムによって1.7ケルビンまで冷却された。ISO衛星には、2.5～240マイクロメートルの画像撮影と測光、および2.5～196.8マイクロメートルの 分光測定が可能な4つの機器が搭載されていた。

ESA と赤外線処理・分析センターは、ミッションから最高品質の較正とデータ削減方法を引き出すために、データ パイプラインと特殊なソフトウェア分析ツールの改善に努めました。IPAC は、社内訪問やワークショップを通じて ISO オブザーバーとデータ アーカイブ ユーザーをサポートしています。

1983年、米国・オランダ・英国のIRASは、赤外線波長で史上初の「全天サーベイ」を実施し、宇宙ベースの赤外線天文学を開始しました。その結果得られた赤外線天空の地図には、IRASの後継機による探査を待つ約35万個の赤外線源が正確に示されていました。1979年、IRASは計画の最終段階にあり、IRASから期待される結果を受けて、同年にESAに最初のISO提案が行われました。赤外線検出器技術の急速な進歩により、ISOは感度と解像度が大幅に向上した約3万個の赤外線源の詳細な観測を提供することになりました。ISOは、IRASと比較して感度が1000倍、角度分解能が12マイクロメートルで100倍向上することになりました。

数々の追跡調査の結果、1983 年に ISO が ESA 科学プログラムの次の分割払いとして選ばれました。次に、科学コミュニティに対して実験およびミッション科学者提案の募集が行われ、1985 年に科学機器が選択されました。選ばれた 4 つの機器は、フランス、ドイツ、オランダ、英国の研究者チームによって開発されました。

衛星の設計と開発は1986年に始まり、アエロスパシアル社の宇宙部門（現在はタレス・アレニア・スペースに吸収）が32社の国際コンソーシアムを率いて、新しい衛星の製造、統合、試験を担当しました。最終組み立てはカンヌ・マンドリュー宇宙センターで行われました。

ISO の基本設計は、その直前の ISO の設計に強く影響を受けています。IRAS と同様に、ISO は次の 2 つの主要コンポーネントで構成されています。

• ペイロードモジュールは、望遠鏡と 4 つの科学機器を保持する大型クライオスタットで構成されています。
• サービスモジュールは、電力、熱制御、姿勢および軌道制御、通信を提供することで、ペイロードモジュールの活動をサポートします。

ペイロードモジュールには、迷光が望遠鏡に届かないようにするための円錐形の日よけと、2つの大きなスタートラッカーも搭載されていた。後者は、 1秒角の指向精度でISOの3軸安定化を提供する姿勢軌道制御サブシステム（AOCS）の一部であった。これは、太陽センサーと地球センサー、前述のスタートラッカー、望遠鏡軸上の4分割スターセンサー、ジャイロスコープ、およびリアクションホイールで構成されていた。ヒドラジン推進剤を使用する補完的な反応制御システム（RCS）は、打ち上げ直後に軌道の方向と微調整を担当した。衛星全体の重量は2500kg弱、高さ5.3m、幅3.6m、奥行き2.3mであった。

サービス モジュールには、すべての高温電子機器とヒドラジン推進剤タンクが収容されており、サービス モジュールに取り付けられたサンシールドの太陽に向けられた側に取り付けられた太陽電池によって最大 600ワットの電力を供給しました。サービス モジュールの下側には、打ち上げ機用の荷重を支えるリング状の物理的インターフェイスが装備されていました。

ペイロード モジュールのクライオスタットは、2,268 リットルの超流動ヘリウムを充填したトロイダル タンクを備えた大型デュワーで望遠鏡と科学機器を囲んでいました。ヘリウムをゆっくりと蒸発させることで冷却し、望遠鏡の温度を3.4 K 未満、科学機器の温度を 1.9 K 未満に保ちました。科学機器が宇宙源からの微量の赤外線を検出できるほど感度を高めるには、このような非常に低い温度が必要でした。この極端な冷却がなければ、望遠鏡と機器は遠くからの微弱な赤外線ではなく、 自身の強力な赤外線放射しか観測できません。

ISO 望遠鏡は、デュワーの中心線上、トロイダル ヘリウム タンクの底面近くに取り付けられました。これはリッチー クレチアンタイプで、有効入射瞳は 60 cm、焦点距離比は 15、結果として焦点距離は 900 cm でした。科学機器の保証された感度を確保するには、迷光、特に望遠鏡の視野外にある明るい赤外線源からの迷光を厳密に制御する必要がありました。遮光シールド、望遠鏡内部のバッフル、およびクライオスタット上部の日よけを組み合わせることで、迷光に対する完全な保護を実現しました。さらに、ISO は、赤外線放射の主要な発生源である太陽、地球、および月をあまりに近くで観測しないように制限されていました。ISO は常に太陽から 60 度から 120 度の間を向いており、地球に対して 77 度より近く、月に対して 24 度より近く、または木星に対して 7 度より近くを向くことはありませんでした。これらの制限により、ISO が利用できるのは常に空の 約 15パーセントのみでした。

望遠鏡の主鏡の後ろにあるピラミッド型の鏡が赤外線を 4 つの機器に分配し、各機器に望遠鏡の 20 分角の視野のうち 3 分角のセクションを提供します。したがって、異なる機器を同じ宇宙物体に向けるには、ISO 衛星全体を再指向する必要がありました。

ISO は赤外線観測用の 4 つの科学機器を搭載しました。

• 赤外線カメラ (ISOCAM) – 2.5 ～ 17 マイクロメートルの波長をカバーする高解像度カメラで、2 つの異なる検出器を備えています。可視光カメラと同様に天体の写真を撮影しますが、画像は赤外線で物体がどのように見えるかを示します。
• 偏光計（ISOPHOT） –天体から放射される赤外線の偏光を測定するために設計された機器。2.4～240マイクロメートルの非常に広い波長範囲により、この機器は星間 塵雲などの最も冷たい天体からの赤外線放射も観測できます。
• 短波分光計 (SWS) – 2.4 ～ 45 マイクロメートルの波長をカバーする分光計。この機器による観測により、宇宙の化学組成、密度、温度に関する貴重な情報が得られました。
• 長波分光計 (LWS) – 45 ～ 196.8 マイクロメートルの波長をカバーする分光計。

4 つの機器はすべて、望遠鏡の主鏡のすぐ後ろに円形に配置され、各機器が円筒形の空間の 80度の部分を占めていました。各機器の視野は、望遠鏡の視野の中心軸に対してオフセットされていました。つまり、各機器は、特定の瞬間に空の異なる部分を「見た」ことになります。標準操作モードでは、1 つの機器が主操作状態でした。

開発と統合の段階が非常に成功した後、ISO はついに 1995 年 11 月 17 日にアリアン 44P ロケットで軌道に乗せられました。ロケットの性能は非常に良好で、遠地点は予想よりわずか 43 km 低いだけでした。ドイツのダルムシュタットにあるESA の宇宙運用センターは、飛行の最初の 4 日間は ISO を完全に制御しました。初期試運転の後、残りのミッションの間、ISO の主な制御はスペインのビリャヌエバ デ ラ カニャダ( VILSPA )にある宇宙船管制センター (SCC) に引き渡されました。打ち上げ後の最初の 3 週間で、軌道が微調整され、すべての衛星システムが起動されテストされました。クライオスタットの冷却は以前の計算よりも効率的であることが判明したため、予想されるミッション期間は 24 か月に延長されました。11 月 21 日から 26 日の間に、4 つの科学機器すべてがオンになり、徹底的にチェックされました。 1995 年 12 月 9 日から 1996 年 2 月 3 日まで、「性能検証フェーズ」が実施され、すべての機器の試運転と問題の解決に専念しました。定期観測は 1996 年 2 月 4 日から開始され、1998 年 4 月 8 日に最後のヘリウム冷却材が枯渇するまで続きました。

ISO の軌道の近地点はヴァン・アレン放射線帯のかなり内側に位置していたため、放射線帯を通過するたびに科学機器を 7 時間停止する必要がありました。したがって、各軌道で 17 時間は科学観測に使用できました。ISO の典型的な 24 時間軌道は、6 つのフェーズに分けられます。

• スペインの主要ミッションコントロールセンターVILSPAによる信号取得（AOS）と衛星の起動。
• VILSPA ウィンドウ中の科学運用は、近地点到達後 4 時間で始まり、最大 9 時間続きます。
• 最高地点でゴールドストーンの二次ミッションコントロールセンターに運用が引き継がれます。この 15 分間は科学機器を操作できませんでした。
• ゴールドストーン期間中の科学観測は最大 8 時間続きます。
• ヴァン・アレン放射線帯への接近とゴールドストーンでの信号喪失（LOS）により、機器が停止しました。
• 近地点通過。

IRAS とは異なり、ISO では科学データは記録されず、後で地上に送信されることはありませんでした。科学データとハウスキーピング データの両方を含むすべてのデータは、リアルタイムで地上に送信されました。ISO の軌道の近地点は、 VILSPA とゴールドストーンの両方のミッション コントロール センターの電波地平線より下にあったため、近地点では科学機器の電源をオフにする必要がありました。

1998 年 4 月 8 日 07:00 UTC、 VILSPA のフライト コントローラーは望遠鏡の温度上昇に気付きました。これは超流動ヘリウム冷却剤が枯渇したことを示す明らかな兆候でした。同日 23:07 UTC、科学機器の温度が 4.2 K を超え、科学観測は停止されました。SWS 機器のいくつかの検出器は、より高温での観測が可能であり、さらに 150 時間使用され、さらに 300 個の星の詳細な測定が行われました。冷却剤が枯渇した翌月、衛星のいくつかの要素を標準外の条件でテストする「技術テスト フェーズ」(TTP) が開始されました。TTP の完了後、ISO の軌道の近地点は、シャットダウン後 20 ～ 30 年で ISO が地球の大気圏で燃え尽きることを確実にするのに十分な程度まで下げられました。 ISO は 1998 年 5 月 16 日 12:00 UTC に永久にオフになりました。

ISO は平均して 24 時間の軌道ごとに 45 回の観測を行いました。900回を超える軌道の寿命を通じて、ISO は 26,000 回を超える科学観測を成功させました。ISO によって生成された膨大な量の科学データは、2006 年まで大規模なアーカイブ化作業の対象となりました。完全なデータセットは 1998 年から科学コミュニティで利用可能であり、多くの発見がなされてきましたが、おそらく今後もさらに多くの発見がなされるでしょう。

• ISOは、星形成領域、寿命の終わりを迎えた星の付近、銀河中心に非常に近い発生源、太陽系の惑星の大気、オリオン星雲に水蒸気が存在することを検出しました。
• 老いて死にゆく恒星の周囲で惑星形成が検出されました。この発見は、惑星形成は若い恒星の周囲でのみ可能であるという理論と矛盾しています。
• フッ化水素ガスが星間ガス雲内で初めて検出された。
• 恒星形成の初期段階の初めての検出。恒星形成前の核L1689B が発見され、ISO の LWS 装置によって詳細に研究されました。
• ISO は、これまで銀河間の空きスペースと考えられていた場所に大量の宇宙塵を発見した。
• 宇宙で最も明るい天体であるArp 220の観測により、その膨大な赤外線放射の源は星形成の爆発的増加であることが明らかになりました。
• LWS 装置による観測により、IRAS による以前の発見が確認されました。この発見は、主に赤外線で放射する非常に低温の炭化水素からなる大きな雲状構造です。これらの赤外線巻雲は、一種の銀河冷蔵庫として機能し、宇宙全体のエネルギーバランスに影響を与えます。
• ISO は、惑星形成の第一段階であると考えられる、恒星の周りの物質のリングまたは円盤である原始惑星系円盤をいくつか探索し、発見しました。
• ISO は太陽系のいくつかの惑星に高感度の機器を向け、それらの大気の化学組成を測定した。

• 赤外線アレイカメラ（スピッツァー近赤外線カメラ）
• 最大の赤外線望遠鏡のリスト
• 近赤外線カメラと多天体分光計（NICMOS、1997 年に設置されたハッブル近赤外線装置）

• ISO ハンドブック、第 1 巻、ISO - ミッションと衛星の概要
• ISO – すべての事実
• ISO – ミッション概要
• ISO 宇宙船の詳細は ESA 科学ウェブサイトをご覧ください
• ISO 望遠鏡の詳細は ESA 科学ウェブサイトをご覧ください
• ISOCAMの詳細はESAの科学ウェブサイトをご覧ください
• ISOPHOT の詳細は ESA の科学ウェブサイトをご覧ください
• ISO SWS の詳細は ESA 科学ウェブサイトをご覧ください
• ISO LWS の詳細は ESA 科学ウェブサイトをご覧ください
• ISO の打ち上げと軌道の詳細は ESA の科学ウェブサイトをご覧ください
• ISOデータセンター、プロジェクトの概要と写真ギャラリー