1

10月22日

100分

講義

40名

「ビッグバンと宇宙のしくみについて」

講師:曽根　理嗣
(JAXA宇宙科学研究本部　宇宙探査工学研究系　准教授)
支援:宮原　有香

2

10月29日

100分

講義
実験

40名

「宇宙の観測」

講師:松本　敏雄
(JAXA宇宙科学研究本部　名誉教授)
支援:浅野　眞

3

11月5日

100分

実験

40名

電波からX線まで、さまざまな電磁波で観測する

講師:朝木　義晴
(JAXA宇宙科学研究本部宇宙情報
エネルギー工学研究系 助教授)
支援:宮原　有香・岸　詔子

4

11月12日

100分

講義

40名

電波からX線まで、さまざまな電磁波で観測する

講師:朝木　義晴
(JAXA宇宙科学研究本部宇宙情報
エネルギー工学研究系 助教授)

5

11月19日

100分

実験

40名

電波からX線まで、さまざまな電磁波で観測する

講師:朝木　義晴
(JAXA宇宙科学研究本部宇宙情報
エネルギー工学研究系 助教授)
支援:宮原　有香・岸　詔子

6

11月26日

100分

発表

40名

実験結果発表会

講評:朝木　義晴
(JAXA宇宙科学研究本部宇宙情報
エネルギー工学研究系 助教授)
支援:岸　詔子・宮原　有香

講義

『JAXAとは』
・ロケットの開発
・地球観測
・宇宙ステーションの運用

講義

『微小重力環境』
･重力とは:体の重さを感じるのは、重力に対して、地面から逆向きの力を受けているから
･人工衛星が飛び続ける理由:物を速く投げると遠くまで飛ぶ。地上に落ちない速度7.9km/s(第１宇宙速度)で飛べば、地球の丸みに沿っていつまでも落ち続ける。
･パラボリックフライト:飛行機で自由落下(放物線飛行)するときに20秒ほど、機内は微小重力状態になっている。
･ラグランジュポイント:地球は太陽の重力を受けながら太陽の周りを回っている。この空間へ人工衛星のような小物を置くと軌道が不安定となり、地球や太陽にぶつかってしまう。ところが重力バランスが絶妙につり合う場所が複数あり、ここへ人工衛星をおくと安定して回り続ける。この場所をラグランジュポイントといい、L1からL5の5つある。アニメの機動戦士ガンダムでは、L4とL5にスペースコロニーが置かれていた！「次世代大口径赤外線天文衛星SPICA」をL2へ打ち上げるミッションが進行中である。

講義

『宇宙探査(科学観測)』
･H-IIAロケットはJAXAが開発し三菱重工が製造･打ち上げ。液体･固体燃料併用で大出力。気象衛星など商用衛星を打ち上げる。
･M-VロケットはJAXAの宇宙科学研究本部が運用する3段式固体燃料ロケット。惑星探査機など(X線天文衛星すざく・赤外線天文衛星あかり・太陽観測衛星ひので)内之浦宇宙観測所に発射基地。夏休みの国内研修ではM-Vロケットを見学した。

講義

『宇宙探査(月･惑星探査)』
･惑星探査では、小惑星イトカワへ探査衛星はやぶさを打ち上げた。
･現在注目は月探査。月探査衛星かぐやが月の周回軌道へ投入され、ハイビジョンで月の映像や月から見た地球の出を送ってきた。月探査はアポロ計画が現時点で最大のものだが、実は日本はアメリカ、ロシア(当時はソ連)についで1933年に月へ衛星ひてんを着陸させた。現在でも未解明な部分が多い未知の星月、かぐやには様々な観測機器が積まれており、今後様々なミッションを行って、月の謎を解明してくれるに違いない。
･3～4年後は金星探査。10カ国で水星探査が計画中である(水星には磁場があるから)

講義

『宇宙探査(将来像)』
･次世代惑星間航行技術･太陽系探査ミッション･宇宙の果てまでの観測完全再利用型ロケットの実験機「RVT」など様々な計画がある。

『様々な天体･多様な物質の存在』
･宇宙には、太陽系　太陽、惑星、彗星、天の川銀河、星雲、星間ガス、宇宙塵など様々な天体、多様な物質がある
･今も星・惑星が作られている！星は進化し、最後は白色矮星、中性子星、ブラックホールへと変化する。そうして物質は輪廻する。

『宇宙の状態』
宇宙には密度・温度(温度のある物体は必ず電磁波を放射)･エネルギーなど様々な状態がある。宇宙には始まりがあった。全ては137億年前のビッグ・バン！から始まった。

『観測の手順』
リモートセンシングの方法は３つ
電磁波(光、電波、X線など)･宇宙線(陽子、電子、ニュートリノ)･重力波

電磁波による観測
･電磁波は電荷の振動

『目で物が見える理由』
･もっとも活躍してきた天体観測方法は目である。視覚細胞には、光の三原色に反応する維体細胞がある。太陽光はすべての波長の光を含むが、「赤いもの」にあたると赤色に対応する波長だけを反射し他を吸収する。反射された波長を目の垂体細胞が感じることで、「赤色」を認識する。色は脳の生理的な作用であり、自然界が着色されているわけではない。

『スペクトルの観測でわかること』
･スペクトルとは:天体からの光を、プリズムや回折格子などの分光器を通すことにより得られる、光の波長ごとの強度分布を、スペクトルという。
･恒星の表面温度を調べるには:温度を持つ物体は電磁波を放射している。たとえば恒星は可視光(電磁波)を放射しているが、そのスペクトルは恒星の表面温度により、分布に偏りがある。温度が高くなればスペクトルのピークは波長の短い方にずれる、すなわち青色の光を発する。温度が低くなればスペクトルは波長の長い方にずれる、すなわち赤色の光を発する。従って、恒星からの光のスペクトルを調べると表面温度が分かる。

『電波望遠鏡の性能とは』
･主鏡(パラボラ)の大きさ
感度は望遠鏡主鏡の面積に比例して良くなる。視力(分解能、解像度)は直径に比例し、波長に反比例する。視力＝望遠鏡の直径÷電磁波の波長÷3000

検出器の大きさ
CCDは数多く配置して色など2次元化されたデータを得ることができるが、パラボラの焦点には1個の検出器しか置けないので、電波望遠鏡は明暗しか分からない。検出器を低温化するなどのノイズ源の徹底排除を行うことで、感度を向上させる。

『赤外線カメラ』
・赤外線カメラを使って、いろんなものを撮影して見ました。

講義

『かぐやについて』
月探査衛星「かぐや」について

講義

『電波で見る宇宙』
電波望遠鏡えは何を見ているか→宇宙のガス(星になるかもしれない、7割は水素、残り3割がヘリウム)銀河の鍋→ガスがたくさん→星が生まれる

講義

『電波望遠鏡』
･国立天文台野辺山(45m)･グリーンバンク望遠鏡(90m)･アレシボ天文台(300m)

講義

『パラボラ・アンテナ』
･パラボラ:全ての電波が反射してひとつの場所(焦点)に集まる。その焦点で集まった電波の波長がぴったり合わさることで、電波は増幅され、微弱な電波を捕らえることができる。
･望遠鏡の性能
感度:微弱な電波でも集めることができる能力。
望遠鏡主鏡面積が大きいほど多くの電波を集められるので、面積に比例して良くなる。
視力(分解能、解像度):接近した電波源を区別する能力。

講義

『電波干渉計とVLBI』
･電波干渉計:解像度はパラボラの直径に比例する。複数のアンテナを離れて配置し、観測されたデータをあわせることで、大口径のアンテナと同じ効果を得る仕組み。
･VLBI(超長基線電波干渉計):電波干渉計を非常な長距離に配置し、観測データは磁気テープに記録して、後でコンピュータ処理を行い、観測結果を出す仕組み。原理的な最大値は地球の直径。しかし大きさには限界が（地球の直径まで）そこで電波観測衛星はるかを宇宙に打ち上げ、地上VLBI望遠鏡と連携すれば距離は無限大まで可能となる。

講義

『電波干渉計とVLBI』
･電波干渉計:解像度はパラボラの直径に比例する。複数のアンテナを離れて配置し、観測されたデータをあわせることで、大口径のアンテナと同じ効果を得る仕組み。
･VLBI(超長基線電波干渉計):電波干渉計を非常な長距離に配置し、観測データは磁気テープに記録して、後でコンピュータ処理を行い、観測結果を出す仕組み。原理的な最大値は地球の直径。しかし大きさには限界が(地球の直径まで)そこで電波観測衛星はるかを宇宙に打ち上げ、地上VLBI望遠鏡と連携すれば距離は無限大まで可能となる。

講義

『電波望遠鏡の製作』
･厚紙でできたパラボラの型紙に、スプレーのりでアルミホイルを貼る
･型紙を切り抜く
･アルミホイルが裏面になるように、必要な部分を折りパラボラアンテナを作成する
･取り付け台にパラボラアンテナとBSアンテナから取り出した受信部を取り付ける
･出来上がったパラボラアンテナに受信機(アンプ)と電圧計を接続すれば完成

講義

『電波強度の測定を利用した物体の絶対温度計測の原理』
･温度をもつ全ての物体からは電磁波が放射されている(黒体幅射という)。黒体からの幅射の波長分布(スペクトル)を、いろんな温度で調べると、温度が高くなるほど一番強いピークが波長の短い方に移り、強度も強くなり、逆に温度が低くなると、ピークが波長の長いほうに移り、強度も弱くなることがわかっている。(放出されるエネルギーの量は温度の4乗に比例する:ステファンボルツマンの法則)。また各ピークの左側(波長の長い側)ではスペクトルは波長の2乗に逆比例して小さくなる(レーリージーンズの法則)
･グラフからわかるように、電波領域、たとえば今回の実験で使用するBSアンテナが受信できる波長(25mm)でスペクトルの変化を見ると、温度と電磁波の強度は比例することがわかる
･温度がすでに分かっている物体(少なくとも２つ)から出ている電波の強度を計測して1次関数を決定し、これに温度を測定したい物体からの電波強度を当てはめると、温度を求めることができる。

講義

『製作した電波望遠鏡の構造』
1.市販のBSアンテナから、受信部(アンテナ本体)だけを取り外す。
2.受信部と紙･アルミホイルで作ったパラボラを固定用の台に取り付ける。
3.受信した電波を増幅するための小型アンプを接続する。
4.アンプに電圧計を接続する。

講義

『測定実習』
電波の強度は電圧の大小で測定できる。
1.あらかじめ温度がわかっている、液体窒素、アブソーバ、人体の発する電波強度を測定し、グラフ化する。
2.太陽の電波、空からの電波強度を測定する。
3.グラフから、太陽、空(宇宙)の温度を推定する。

講義

『測定結果のまとめと考察』
生徒の考察
･空、太陽、液体窒素、人体など、温度を持っているものからは電波が出ている。
･空(宇宙)の温度は9k、太陽の温度は82kと推定される。
･グラフと縦軸の交点(切片)は絶対温度0kとならなければいけない。これは実験にしようしたアンプのノイズのため、電圧が0Vにならなかったためである。
･太陽の温度は実際は6000k程度である。測定結果が極端に外れた値になったのは、今回使用したパラボナアンテナの視力(分解能)が悪く、太陽だけの温度を測ることができず、太陽の周りの空(宇宙)の温度も含んで観測してしまったと推測される。

『発表準備』
11/20～22の3日間でパワーポイントによるプレゼン資料作成と発表原稿の準備、リハーサルを行う。ポスターセッション班は掲示物を作成。ポスターの適切な提示方法を学ぶ。

『日程』
･概要･発表方法の説明及び諸注意
･発表準備
･校長先生の挨拶
･パワーポイントによる発表
･落下実験の映像紹介
･ポスターセッション
･JAXA先生方による講評とまとめ

『パワーポイントによる発表』
『ポスターセッションによる発表』

『発表方法と注意事項』

パワーポイントによる発表
･発表は7分、質疑は2分以内。あいさつをした後、発表テーマ、班員名を述べる。発表は公式の場であり、真剣に発表すること。また終了直前には、参考、引用した文献の紹介、実験･発表において世話になった方々への謝辞を述べ、礼をして終了する。
･発表終了後は、質疑を行う。今回は班ごとに予め質問感想班を決めておく。質問感想班は必ず1つ以上質問が出来るよう、発表時にしっかり聞いておくこと。また発表に対しての感想(ありがとうカード)も書いてもらう。
･発表班は質問に対して、科学的観点から論理的に答えること。

ポスターセッションの仕方
・各班は1回7分程度のポスターセッションを2回実施する。発表とともに質疑も行う。質問感想班はローテーションして行う。
･ポスターの前で全員が並び、聴衆に対して説明を行う。今回は班ごとに予め質問感想班を決めておく。質問感想班は必ず１つ以上質問が出来るよう、発表時にしっかり聞いておくこと。また発表全体の感想(ありがとうカード)も書いてもらう。
･本来のポスターセッションでは、ポスターの前で、実験に使用した用具を展示したり、また時には重要な内容に関して、理解しやすいよう簡単な実験を行うこともある。

その他
･今回は、パワーポイントを用いたプレゼンテーションの方法やポスターセッションの仕方を学ぶことが第一の目標であるが、各自いづれか一方の実験しか学習していないので、学習していない方の講義･実験の内容についてしっかり学習・理解すること。
･発表前の10分の準備時間に、発表内容の確認はもちろんのこと、予想される質問事項を考え、それに対する回答についても考えておくこと。
･講師先生の講評、他班の様子･質疑内容や発表の反省から、今後の科学実験における実験結果のまとめ方やパワーポイント･ポスターのより適切な提示方法を学ぶこと。