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プランクは、欧州宇宙機関（ESA）が2009年から2013年まで運用した宇宙望遠鏡です。このプロジェクトは、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の異方性をマイクロ波および赤外線周波数で高感度かつ高角度分解能でマッピングすることを目的としていました。このミッションによって得られたデータは、NASAのウィルキンソン・マイクロ波異方性探査機（WMAP）による以前の観測結果を大幅に改善するものでした
プランク衛星は、宇宙論や天体物理学における様々な問題に関連する主要な情報源であった。その主要な目的の一つは、初期宇宙、その構成と進化、そして宇宙構造の起源に関する宇宙論的理論を検証することであった。
プランク計画は当初、COBRAS/SAMBA（宇宙背景放射異方性衛星／背景放射異方性測定衛星）と呼ばれていました。この計画は1996年に開始され、後に黒体放射の公式を導き出したことで量子論の創始者として広く知られるドイツの物理学者マックス・プランク（1858年～1947年）に敬意を表して改名されました。
プランク衛星は、タレス・アレーニア・スペース社によってカンヌ・マンデリュー宇宙センターで建造され、 ESAの長期科学計画「ホライズン2000」の中規模ミッションとして開発されました。この観測衛星は2009年5月に打ち上げられ、同年7月には地球・太陽L2点に到達しました。そして2010年2月には、2回目の全天サーベイを成功裏に開始しました。
2013年3月21日、プランク衛星チームは宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の全天マップを初めて公開した。このマップにより、研究者たちは当時最高精度でCMBの温度変動を測定することができた。2015年2月には、偏光データを含む拡張版が公開された。プランク衛星チームによる最終論文は2018年7月に発表され、ミッションは終了した。
プランク衛星は任務終了後、太陽中心軌道の墓場軌道に移され、将来のミッションに危険を及ぼさないよう停止処理が施された。最終的な停止コマンドは2013年10月にプランク衛星に送信された。
このミッションは、いくつかの重要な宇宙論的パラメータについて、これまでで最も精密な測定値を提供した。プランク衛星の観測は、宇宙の年齢、宇宙における通常の物質と暗黒物質の平均密度、そして宇宙のその他の重要な特性を決定するのに役立った。
このミッションには、以下のようなさまざまな科学的目的がありました。[ 2 ]
プランク衛星はWMAP衛星よりも高い解像度と感度を備えており、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）のパワースペクトルをはるかに小さなスケール（3倍）まで観測することが可能でした。また、WMAPの5つの周波数帯に対し、プランク衛星は9つの周波数帯で観測を行い、天体物理学的フォアグラウンドモデルの精度向上を目指しました。
プランク衛星による測定のほとんどは、検出器の性能やミッション期間よりも、前景放射をどれだけうまく除去できるかによって制限されていると考えられており、これは特に偏光測定において重要な要素である。 前景放射の主要因は周波数によって異なるが、低周波数では天の川銀河からのシンクロトロン放射、高周波数では塵からの放射が含まれる可能性がある。
この宇宙船には、低周波観測装置（LFI）と高周波観測装置（HFI）の2つの観測装置が搭載されています。[ 2 ]両方の観測装置は光子の全強度と偏光の両方を検出でき、合わせて約 830GHz（30～857GHz ）の周波数範囲をカバーします 。宇宙マイクロ波背景放射スペクトルは160.2GHzの周波数でピークを迎えます 。
プランクの受動冷却システムと能動冷却システムにより、搭載機器は-273.05 ℃（-459.49 °F）、つまり絶対零度より0.1℃高い温度を維持できる。[ 3 ] 2009年8月から、プランクは2012年1月に能動冷却剤の供給が尽きるまで、宇宙で最も低温の物体として知られていた。[ 4 ]
NASAはこのミッションの開発に一役買い、科学データの分析にも貢献している。ジェット推進研究所は、高周波機器用のボロメータ、低周波および高周波機器用の20ケルビン極低温冷却器、低周波機器用の増幅器技術など、科学機器の構成要素を製造した。 [ 5 ]
LFIは3つの周波数帯域を持ち、30～70GHzの範囲をカバーし 、電磁スペクトルのマイクロ波から赤外線領域をカバーしています。検出器は高電子移動度トランジスタを使用しています。[ 2 ]
HFIは、JPL/Caltechが製造した52個のボロメータ検出器[ 6 ] を使用し、100～857GHzの周波数帯で感度を持ち、カーディフ大学物理天文学部が製造した冷光学系[ 7 ]を介して望遠鏡に光学的に結合され、トリプルホーン構成と光学フィルターで構成されており、アルケオプス気球搭載実験で使用されたものと同様のコンセプトである。これらの検出アセンブリは、6つの周波数帯（100、143、217、353、545、857GHzを中心とする）に分割され、各帯域の帯域幅は33%である。これらの6つの帯域のうち、入射放射の偏光を測定できるのは下位4つの帯域のみであり、上位2つの帯域は測定できない。[ 2 ]
2012年1月13日、プランクの希釈冷凍機で使用されているヘリウム3の搭載量が枯渇し、HFIが数日以内に使用できなくなることが報告された。[ 8 ]この時点で、プランクはCMBの完全なスキャンを5回完了しており、目標の2回を上回っていた。LFI（ヘリウム4で冷却）は、さらに6～9か月間稼働し続けると予想されていた。[ 8 ]
共通サービスモジュール（SVM）は、ハーシェル宇宙望遠鏡とプランク衛星の両方のミッションを1つのプログラムに統合するために、タレス・アレーニア・スペース社がトリノ工場で設計および製造した。 [ 2 ]
プランク計画の総費用は7億ユーロ[ 9 ]、ハーシェル計画の総費用は11億ユーロと推定されている[ 10 ]。どちらの金額にも、ミッションの宇宙船とペイロード、（共同の）打ち上げ費用とミッション費用、科学運用費用が含まれている。
構造的には、ハーシェルとプランクのSVMは非常によく似ています。どちらのSVMも八角形をしており、各パネルは指定された一連の発熱ユニットを収容するために設計されています。その際、各発熱ユニット、機器、そして宇宙船自体の放熱要件も考慮されています。両宇宙船において、アビオニクス、姿勢制御・計測（ACMS）、コマンド・データ管理（CDMS）、電源、追跡・テレメトリ・コマンド（TT&C）サブシステムには共通の設計が採用されています。SVM上のすべてのユニットは冗長構成となっています。
各宇宙機において、電力サブシステムは、三重接合型太陽電池を用いた太陽電池アレイ、バッテリー、および電力制御ユニット（PCU）から構成される。PCUは、各太陽電池アレイの30セクションと接続し、安定化された28ボルトのバスを提供し、保護された出力を介してこの電力を分配し、バッテリーの充電と放電を処理するように設計されている。
プランク衛星の場合、円形の太陽電池アレイは衛星の底部に固定されており、衛星が垂直軸を中心に回転する間も常に太陽の方を向いている。
この機能は、姿勢制御・計測サブシステム（ACMS）のプラットフォームである姿勢制御コンピュータ（ACC）によって実行されます。ACCは、ハーシェルおよびプランクのペイロードの指向および旋回要件を満たすように設計されています。
プランク衛星は1分間に1回転の速度で自転し、絶対的な指向誤差を37分角未満に抑えることを目標としています。プランクは 観測プラットフォームでもあるため、 20日間で2.5分角未満の指向再現誤差という追加要件も課せられています 。
ハーシェル宇宙望遠鏡とプランク宇宙望遠鏡の両方に搭載されている主要な視線センサーは、スター・トラッカーである。
この衛星は、ハーシェル宇宙望遠鏡とともに、 2009年5月14日13時12分02秒（協定世界時）にギアナ宇宙センターからアリアン5 ECA大型ロケットで打ち上げられ、無事に着陸した。この打ち上げにより、衛星は非常に楕円形の軌道（近地点：270 km [170 mi]、遠地点： 1,120,000 km [700,000 mi]以上）に入り、地球から1,500,000 km（930,000 mi）離れた地球・太陽系のL2ラグランジュ点付近に到達した。
プランク衛星をL2ラグランジュ点の周りの最終軌道に投入する操作は、2009年7月3日に成功裏に完了し、L2ラグランジュ点の周囲40万km（25万マイル）のリサジュー軌道に入りました。[ 11 ]高周波機器の温度は2009年7月3日に絶対零度（0.1K）をわずか10分の1度上回り、低周波機器と高周波機器の両方が極低温動作パラメータ内に収まり、プランク衛星は完全に動作可能になりました。[ 12 ]
2012 年 1 月に HFI は液体ヘリウムの供給を使い果たし、検出器の温度が上昇して HFI が使用不能になった。LFI は、2013 年 10 月 3 日に科学運用が終了するまで使用され続けた。宇宙船は 10 月 9 日に地球とそのL 2 点から離れて太陽中心軌道に入るためのマヌーバを実行し、ペイロードの非アクティブ化は 10 月 19 日に行われた。プランクは10 月 21 日に残りの燃料供給を使い果たすようにコマンドされ、その後、バッテリーの切断や保護機構の無効化などのパッシベーション活動が行われた。[ 13 ]宇宙船の送信機をオフにする最終的な非アクティブ化コマンドは、2013 年 10 月 23 日 12:10:27 UTC にプランクに送信された。 [ 14 ]
プランクは2009年8月13日に最初の全天サーベイを開始しました。[ 16 ] 2009年9月、欧州宇宙機関は、機器の安定性と長期間にわたる較正能力を実証するために実施されたプランク最初のライトサーベイの予備結果を発表しました。結果は、データ品質が優れていることを示しました。[ 17 ]
2010年1月15日、ミッションは12ヶ月延長され、少なくとも2011年末まで観測が継続されることになった。第1回全天サーベイの成功裡の完了後、宇宙船は2010年2月14日に第2回全天サーベイを開始した。第2回全天サーベイの最後の観測は2010年5月28日に行われた。[ 11 ]
2009年に計画された観測リストデータの一部が、調査された空のビデオ視覚化とともに公開された。[ 16 ]
2010年3月17日、太陽から500光年以内の塵の集中を示す最初のプランク写真が公開された。 [ 18 ] [ 19 ]
2010年7月5日、プランクミッションは初の全天画像を送信した。[ 20 ]
プランク衛星の最初の公開科学的成果は、2011年1月にパリで開催されたプランク会議で発表された早期公開コンパクトソースカタログです。 [ 21 ] [ 22 ]
2014年5月5日、プランク衛星を用いて作成された銀河の磁場マップが公開された。[ 23 ]
プランクチームと主任研究者のナザレノ・マンドレージとジャン＝ルー・ピュジェは、 2018年のグルーバー宇宙論賞を共同受賞した。[ 24 ]ピュジェは2018年のショウ天文学賞も受賞した。[ 25 ]欧州物理学会の2019年コッコーニ賞は、プランク共同研究グループ（ WMAP共同研究グループと共同）に授与された。[ 26 ]
2013年3月21日、プランク宇宙論探査機を率いる欧州主導の研究チームは、宇宙マイクロ波背景放射の全天マップを公開した。[ 27 ] [ 28 ]このマップは、宇宙が考えられていたよりもわずかに古いことを示唆している。マップによると、宇宙が約37万歳だったとき、深宇宙に微妙な温度変動が刻み込まれた。この痕跡は、宇宙誕生後最初の10⁻³⁰秒という初期に発生したさざ波を反映している。これらのさざ波が、現在の広大な宇宙の銀河団と暗黒物質の網を生み出したと理論づけられている。 2013年の発表では、空の観測角度に関してCMBの統計に非対称性があることが発見され、「等方性からの逸脱が発見され、成分分離アルゴリズム、マスクの選択、周波数依存性に対して頑健であることが実証された」と結論付けられました[ 29 ] 。これは一般的に「悪の枢軸（宇宙論）」として知られています。チームによると、宇宙は137億9800万± 3700万年前のもので、4.82% ± 0.05%通常の物質、26.8% ± 0.4%ダークマターと69% ± 1% のダークエネルギー。[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]ハッブル定数も測定され、67.80 ± 0.77 (km/s)/Mpc。[ 27 ] [ 30 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]
プランク衛星の全ミッションの分析結果は、 2014年12月1日にイタリアのフェラーラで開催された会議で公表された。[ 36 ]ミッションの結果を詳述した一連の論文は、2015年2月に公開された。[ 37 ]結果の一部は以下のとおりである。
プロジェクトの科学者たちは、 BICEP2の科学者たちとも協力し、2015年に共同研究を発表し、BICEP2によって検出された信号が原始重力波の証拠なのか、それとも天の川銀河の塵による単なる背景ノイズなのかを解明した。 [ 36 ]彼らの結果は後者を示唆している。[ 38 ]
プランク衛星のデータ最終解析結果は2018年7月に発表された。このミッションは、標準ΛCDM宇宙論モデルのパラメータを最も高精度に測定し、宇宙の最良の記述としての地位をさらに強化した。プランク衛星はハッブル定数を67.4 ± 0.5 km/s/Mpcと測定し、直接的な局所測定との矛盾を増大させた。データは、宇宙が約68.5%のダークエネルギー、26.6%のダークマター、4.9%の通常の物質から構成されていることを確認し、空間が驚くほど平坦であることを示した。また、この結果は宇宙インフレーションの最も単純なモデルを支持し、原始的な非ガウス性の証拠は見つからず、ニュートリノの特性に、ニュートリノ質量の合計の上限が0.12 eVであるなど、より厳しい制約を与えた。不活性ニュートリノ、追加の相対論的粒子、または標準ΛCDMモデルを超えるその他の物理の証拠は見つからなかった。宇宙マイクロ波背景放射の最終的な偏光マップと重力レンズマップは、初期宇宙とその進化について、これまでで最も詳細な像を提供した。
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