レーダー天文学

レーダー天文学は、電波やマイクロ波を目標物に反射させてその反射を分析することで、近くの天体を観測する技術です。レーダー天文学は電波天文学とは異なり、後者は受動観測（受信のみ）で、前者は能動観測（送信と受信）です。レーダーシステムは、太陽系の幅広い研究に応用され、60年にわたって実施されてきました。レーダー送信は、パルスまたは連続のいずれかです。レーダーの戻り信号の強度は、距離の4乗に反比例します。施設のアップグレード、トランシーバーの電力増加、および装置の改良により、観測の機会が増加しました。

レーダー技術は、水星を観測して一般相対性理論を検証したり^{[1] 、}天文単位の正確な値を提供したりといった、他の手段では得られない情報を提供します。^[2]レーダー画像は、地上ベースの他の技術では得られない固体の形状や表面特性に関する情報を提供します。

レーダー天文学は、高出力地上レーダー（最大1メガワット）を利用して、^[3]太陽系の天体の構造、構成、動きに関する極めて正確な天文情報を提供することができます。 ^{[4]これは、}99942アポフィス天体で示されているように、小惑星と地球の衝突の長期予測に役立ちます。特に、光学観測は天空のどこに物体が現れるかを測定しますが、距離を高い精度で測定することはできません（物体が小さい場合や照明が不十分な場合は、視差に頼るのが難しくなります）。一方、レーダーは物体までの距離（および物体が変化する速度）を直接測定します。光学観測とレーダー観測を組み合わせると、通常、少なくとも数十年、場合によっては数世紀先の軌道を予測できます。

2020年8月、アレシボ天文台（アレシボ惑星レーダー）でケーブルの構造破損が発生し、同年12月に主望遠鏡が崩壊した。^[5]

2023年現在、ゴールドストーン太陽系レーダーとエフパトリア惑星レーダーという2つのレーダー天文学施設が常時使用されている。^[6]

利点

信号の属性の制御（波形の時間/周波数変調と偏波）
オブジェクトを空間的に解決します。
遅延ドップラー測定精度。
光学的に不透明な浸透。
高濃度の金属や氷に敏感です。

デメリット

レーダーによる天文学の最大範囲は非常に限られており、太陽系に限定されています。これは、信号強度がターゲットまでの距離とともに急激に低下すること、ターゲットによって反射される入射フラックスのわずかな割合、および送信機の強度が限られているためです。^[7]レーダーが物体を検出できる距離は、エコー強度の1/4距離依存性により、物体のサイズの平方根に比例します。レーダーは、AUの大部分離れたところにある約1kmのものを検出できますが、土星までの距離である8-10AUでは、少なくとも数百kmの幅のターゲットが必要です。また、観測する前に、ターゲットの比較的良好な天体暦を取得する必要があります。

歴史

月は比較的地球に近いため、1946年に技術が発明されてすぐにレーダーで検出されました。^[8]^[9]測定には表面の粗さや、後に極付近の影になっている領域のマッピングも含まれました。

次に簡単なターゲットは金星です。これは科学的に非常に価値のあるターゲットでした。なぜなら、天文単位の大きさを測る明確な方法を提供できるからです。これは、惑星間宇宙船という初期の分野に必要でした。さらに、このような技術的能力は大きな広報価値があり、資金提供機関への優れたデモンストレーションでもありました。そのため、弱くてノイズの多いデータから科学的結果を絞り出すというかなりのプレッシャーがありました。これは、結果の重たい後処理によって達成され、期待値を利用してどこを見るべきかを判断しました。これが、現在では誤りであることがわかっている初期の主張（リンカーン研究所、ジョドレルバンク、ソ連のウラジミール・A・コテルニコフによる）につながりました。これらはすべて、当時の AU の慣習的な値と一致していました。149,467,000 km^[ 2 ]

金星の最初の明確な検出は、 1961年3月10日にジェット推進研究所によって行われました。JPLは、1961年3月10日から5月10日まで、惑星レーダーシステムを使用して金星との通信を確立しました。速度と距離の両方のデータを使用して、天文単位は149,598,500 ± 500kmと決定されました。^[10]^[11] 正しい値が判明すると、他のグループがアーカイブデータの中にこの結果と一致するエコーを発見しました。[^2]

太陽は1959年から数回にわたって検出されている。周波数は通常25～38MHzで、惑星間観測で使われる周波数よりはるかに低い。光球とコロナの両方からの反射が検出されている。^[12]

この手段によって観測された惑星のリストは次のとおりです。

水星- 観測された地球からの距離の値が改善されました ( GRテスト)。特に極地の自転周期、秤動、表面マッピング。
金星- 1961 年に初めてレーダーで検出されました。自転周期、表面全体の特性。マゼラン計画では、レーダー高度計を使用して惑星全体の地図を作成しました。
地球- 数多くの航空機および宇宙船のレーダーが、さまざまな目的で地球全体の地図を作成しています。一例として、シャトルレーダー地形図ミッションがあります。このミッションでは、地球表面の大部分を 30 m の解像度で地図に作成しました。
火星-アレシボ天文台による表面粗さのマッピング。マーズ・エクスプレス・ミッションは地中探査レーダーを搭載しています。
木星系 -ガリレオ衛星
土星系 -アレシボ天文台からのリングとタイタン、カッシーニ宇宙船からのタイタン表面のマッピングと他の衛星の観測。

小惑星と彗星

レーダーは、地上から小惑星や彗星の形状、大きさ、回転状態を調べる能力を提供します。レーダー画像化では、最大 7.5 メートルの解像度の画像が生成されます。十分なデータがあれば、対象の小惑星のサイズ、形状、回転、レーダー反射率を抽出できます。

レーダーで研究された彗星は73P/シュヴァスマン・ヴァッハマン彗星を含めて19個のみである[13 ^] 。 2016年初頭の時点で、 612個の地球近傍小惑星と138個のメインベルト小惑星がレーダー観測されている。 ^[13] 2018年までに、メインベルト小惑星は138個、地球近傍小惑星は789個に増加し、その時点でも20個の彗星が観測されていた。^[13]

地球に接近する間に多くの天体が観測されます。

アレシボ天文台は運用中、地球を脅かす彗星や小惑星の衝突に関する情報を提供し、アポフィスや他の天体など、数十年先の衝突やニアミスの予測を可能にしました。 ^[5]ゴールドストーン太陽系レーダーは小型であるため、感度が低く、同様の予測能力を提供することはできません。

望遠鏡

参照

参考文献

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外部リンク

電波望遠鏡が小惑星の画像を取得する方法 2012-01-25 にWayback Machineでアーカイブ
「アレシボ天文台の惑星レーダー」。NAIC。2008年5月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年5月15日閲覧。
「ゴールドストーン太陽系レーダー」。JPL。2010年10月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年9月28日閲覧。
Dr. Steven J. Ostro & Dr. Lance AM Benner (2007) 「JPL 小惑星レーダー研究」 Caltech 。2008 年 5 月 15 日閲覧。
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Jean-Luc Margot博士。「小惑星レーダー天文学入門」。UCLA。2013年 8 月 2 日閲覧。
レーダーで検出された地球近傍小惑星の連星と三星

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[detected-13] 「レーダーで検出された小惑星と彗星」NASA/JPL小惑星レーダー研究。 2016年4月25日閲覧。

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