[P-CG18] 宇宙・惑星探査の将来計画および関連する機器開発の展望

[PCG18-11] Specifications and development of Hydrogen Imager for Comet Interceptor mission

*山崎 朝¹、合田 和司¹、鈴木 雄大¹、田口 真²、桑原 正輝²、吉岡 和夫¹ (1.東京大学、2.立教大学)

キーワード：ライマンα線、彗星、吸収フィルター

Comet Interceptor（CI）は，宇宙風化の影響が少ない長周期彗星に接近観測し，太陽系の形成過程の解明を目的としたミッションである．Hydrogen Imager（HI）はCIミッションの搭載機器のひとつで，水素のLyman-alpha輝線（121.6nm）を観測し，水素コマの空間分布やD/H比，水生成率を調べる役割を担っている． 特に，D/H比は水の性質を特徴づけるパラメターであり，惑星形成初期に地球に水をもたらした供給源を明らかにする指標のひとつとなる．
HIはカセグレン式の反射光学系で集光し，2種類の共鳴吸光型フィルターと1枚の干渉型バンドパスフィルターにより分光する仕組みである．2種類の吸収フィルターには，それぞれ水素分子と重水素分子が封入されており，セル内に設置されたフィラメントの加熱により水素原子および重水素原子に熱解離させることができる．このとき， 水素と重水素のLyman-alpha輝線の波長はわずかに異なるため，2種類の吸収フィルターを用いてそれぞれ水素原子と重水素原子由来のLyman-alpha輝線のみを吸収できる．したがって，2種類のフィルターを切り替え，透過強度を比較することで間接的にD/H比を導出できる． しかしながら，これまでの実験により吸収フィルターのフィラメントの寿命が短くなるケースがあり問題となっている．これは，セル内に酸素分子や水分子が含まれる場合に，フィラメントに使われているタングステンが酸化することで，昇華点の低い酸化タングステンに化学変化し，フィラメントの昇華が進行しやすくなることが原因であると考えられている．
本研究では，試作機を用いた光学系の集光性能評価とフィラメントの長寿命化に向けた実験を行った．前者の実験では，点光源から平行光を作成して光学系に入射し，シムを入れて主鏡や副鏡の位置を光軸方向に少しずつ変化させながら点像分布関数（PSF）の変化を調べた．後者の実験では，セル内の水素の圧力や真空系のベーキング等の条件を変えながら，フィラメントの寿命を測定することで，フィラメントの寿命を決定づける要因を探り，長寿命化を図った．