南極のしるべいし

遠く彼方から、旅路を終えて

こんにちは。ちょっと研究からは離れますが、今日の話題。

 

 

はやぶさ君帰還！！

 

 

といっても、はやぶさ君のことを知ってる方はどれほどいらっしゃることか。いや、自分もそこまで詳しいわけじゃないですけど(笑)

 

 

ということで、詳しくはJAXAさんのページをご覧下さい。

 

http://spaceinfo.jaxa.jp/hayabusa/

 

 

はやぶさは2003年5月に地球から飛び立ち、2004年5月に再接近･スイングバイして小惑星イトカワを目指し旅路につきました。

 

 

上の写真ははやぶさの概要、下は搭載されたイオンエンジンの地球での運用試験の写真です。（JAXAより転載)

はやぶさは自立機能を持っています。姿勢制御から始まって、小惑星にタッチダウン、サンプル採取にいたるまで、自立で行われます。何しろイトカワ近傍に着いたときの地球からの距離は3億2,000万km離れていたそうですから、通信にも時間がかかってしまうのです。そのため、探査機自身が意思を持ち、状況判断を行いながら観測作業を行うという必要があったのです。

 

 

いや、すごいと思います。

 

 

そしてひたすら遠方へと飛び続け、2005年9月に小惑星イトカワに到達。そして、撮影や、マッピング等の観測を行い、ついに探査機ミネルバの分離！！

 

 

このミネルバも、自立測定を行うものです。カラーカメラと温度計を搭載し、イトカワ表面の写真と温度を測定しようという計画でした。行けミネルバ！イトカワに降り立て！！

 

 

・・・

 

 

しかし。はやぶさから射出されたミネルバは・・・イトカワを外れ、彼方へと飛び立ちました。。。んー。残念。ミネルバさんが撮影した写真はイトカワではなく、はやぶさ君の太陽光パネルとなりました。

 

 

そして遠ざかるミネルバをはやぶさ君が撮影。

 

 

この後ついに、はやぶさがイトカワへのタッチダウンを試みます！着陸地点の判断もはやぶさがするというのだから、すごい。

 

 

一度目のタッチダウンでは、降下中に障害物を検出し、上昇を試みますが、イトカワに着陸。しかし地上では通信途絶が続いていて、冷や汗をかきます。約30分後に地上より上昇指令を出し、はやぶさはイトカワから再上昇。月以外の天体での着陸・再離陸はこれが始めてとなります。

 

 

そして、二度目のタッチダウン。今度は完璧な設置を果たし、サンプラーの変形からサンプル採取に成功となりました。しかし、後日解析した結果、失敗の可能性も示唆されています。

 

 

サンプリングは弾丸を地面に撃ち込み、その衝撃で舞い上がる破片を採取して行います。ところが、その弾丸がうまく射出されてなかった可能性が出てきたのです。

 

 

こればかりは、サンプラーホーンを開けてみなければ分からない。採取されていればいいのだが。採取されていれば、人類初、小惑星から直接サンプリングした資料となります。偉大な成果です。

 

 

そして、はやぶさはミッションを終え、帰還を始めます。

 

 

しかし問題が発生。ここまでのミッションで姿勢制御のリアクションホイールが故障して、それを別な方法で姿勢制御するようにカバーしていましたが。さらに。

 

 

化学推進燃料の漏洩。姿勢制御の喪失。三ヶ月にもわたる通信の断絶。そして、バッテリーの放電。

 

 

人間で言ったら、瀕死です。しかし、そこからさらに機能拡張というか、本来とは使用目的の異なるものをうまく使ってカバーし、はやぶさは地球に帰還できることとなりました。たとえば、イオンエンジン推進剤のキセノンガスを使っての姿勢制御。三軸のリアクションホイールのうち二軸が故障ですから、そこからのこの対処はすごいです。

 

 

宇宙関連もそうですし、南極関連もそうなんですが、何かがだめになった時の代用策を駆使してうまく切り抜ける

創意と工夫はとても大事です。南極関連でお世話になっている方には時々言われます。「基本的にものがないのだから、何かあってもあるものだけで切り抜けなくちゃいけないんだ。ネジ一本したって、ないとできないじゃだめ、なきゃないで何とかするのが大事だよ。」と。だからこそ、諦めない強さ、創意工夫で切り抜けるアイディアがすごいの一言なんです。

 

そんな、満身創痍になりながらも必死に地球へと向かってきたはやぶさ君も、実は本日でミッション終了。地球への再突入を果たします。

 

 

本日深夜23時ごろに再突入、波乱に満ちたその生涯を終えます。なんとなく、皆さんにも空を見上げてほしかったので、このような日記となりました

 

※資料はJAXAホームページより転載しました。

連合大会〜オーラル発表終了！！！

こんばんは。頂いたコメントに返信したり、記事をアップしたりするのが遅れてしまい申し訳ありませんでした。メールもまともに返せませんでした。Oさん、本当にすみません。やっと幕張から帰還しました。

 

 

幕張までいって何をしていたのか。ずばり言いますと・・・

 

 

学会発表！！

 

 

いやぁ、終わってみてほっとしたというか、気が抜けたというか。ずっと張り詰めていたので、どろどろととろけてしまいそうなくらい気が抜けています。道のりは険しかった。

 

 

何がそんなに険しかったのかと。一言で言うと・・・

 

 

結果が出ない！

 

 

黒色炭素エアロゾルの光吸収量(温暖化効果につながる、大気の加熱量のことです。）について、測定と理論計算で整合を取ろう！出発点にして・・・

 

 

プログラムに痛めつけられ。整合評価の仕方を次から次へと考えては試し、失敗し。出た結果は、「あ、これはまずったな。別な時間のデータを解析しなおしてみよう。」とスタートラインに戻り最初からやり直し・・・。

 

 

特に先週などは。もう。「布団ってどんな感触だったっけ？？？」ってまじめに考えてしまうほどでした。「死ぬかと思った」の続編を出すとしたら、この話も載せてほしいくらいです。

 

 

われわれのグループはまだ、エアロゾル研究は色々始めたところで、研究室内での歴史は浅いです。何しろ、この私めが我が研究室ではエアロゾル学生第一号ですから(笑)

 

 

ちなみにどんなことをしたかったのかと。以前にもお話しましたが、BC(黒色炭素エアロゾル)は温暖化に強く寄与する、といわれている一方、「じゃあどれくらい効くの？」と聞いても、答えは「はっきりしていない」であるくらい、不確定が大きい分野です。その原因は何か。大きく分けて二つです。

 

 

①どんなBCがいつ・どこに・どれだけあるのか分からない。

②個々のBCがどのような光学特性を持っているかが分からない。

 

 

そのために研究者は日夜努力をして解明に取り組んでいます。

 

 

そｈして、自分の今回の主題は二つ。

 

 

・東京（都市域）におけるBCの光吸収量を定量的に測定し、明らかにすること。

・測定された光吸収量をモデル計算(MIE理論：BHCOAT(Borhren & Huffman.,1983））によって表現できるかと検証する、ということ。

 

 

ちなみに。昨年は、これをLAB実験で試した結果について発表しました。結論としては、MIE理論でも、フラクタルなBC粒子の光学特性を近似できる。（レンズ効果を含めて）

 

 

レンズ効果は前に説明したとおりです。BCに被覆があるときには、被覆成分によってＢＣの光吸収量が増大する、というヤツです。

 

 

これについて、今度はAmbient　BC　（大気中BC）についてやってみよう、ということです。

 

 

どうするのかと。測定値自体は測定さえすれば得られます。問題は理論計算に必要なパラメータをどう手に入れるか、です。

 

 

BHCOAT(Borhren & Huffman.,1983)はＭＩＥ散乱理論を拡張して、被覆した粒子の光学特性を計算するための理論です。

 

 

MIE散乱理論というのは大雑把に言うと、粒子に対して、粒径とほぼ同じ程度の波長の光が照射された時の、光の散乱・吸収・消散量を理論的に説明したもの、です。散乱は、分かりやすくいえば、「どんな方向にどれだけの光が反射したり屈折したりするか」、吸収は「粒子がどれだけ光を吸収し、熱に変換したか」で、消散は「散乱と吸収の和」だと考えてください。

 

 

ちなみに。空が青いのは、MIE理論の適用粒子よりももっともっと小さい、分子レベルの粒子の散乱と考えられます。これはレイリー散乱といいます。

 

 

レイリー散乱では、青い光(短波長）ほど散乱されやすく、赤い光（長波長）ほど散乱されにくい。つまり、地面に対して急な角度で入射する光は上空で散乱され、その散乱光が上空から積算されて目に届くため、青く見える。一方夕焼けは、入射角度が浅いため、西のほうで散乱されきってしまい、赤い光が卓越して届くので赤く見える。

 

話は脱線しましたが、これが散乱ってヤツです。このような散乱を始め、吸収・消散までをエアロゾルサイズの粒子において理論的に説明するものがMIE散乱です。

 

 

BHCOATは、そのMIE散乱理論を拡張し、二層モデルにして、被覆された粒子についての計算ができるようにされたものです。

 

 

これらMIE理論で必要なパラメータの一つが屈折率です。しかし、外気BCの屈折率なんぞ、「これ！！！」という値はまだ提唱されていません。

 

 

そこで、われわれは、さまざまな屈折率を手当たりしだい突っ込んでみて、ひたすら計算値を出しました。そして計算された値と測定された光学特性が整合するものを探したわけです。整合する値があれば、MIE理論で説明をした場合の屈折率は○○である、といえます。つまりBCの屈折率を逆算的に導出するわけです。比較に使う測定値は400℃ヒーターで加熱して、被覆成分を揮発させたコアだけのBCにしてあります。

 

 

そして、BHCOATでの計算。コア屈折率は今推定した値。それに被覆をつけて再計算します。被覆には水・硫酸･Nitrobenzenなどを仮定しました。ちょっと厳密に言うと、そうしたからといって、「被覆物質はこれ！」とはいえず、被覆物質はよく分からないものの混合である以上は、「被覆物質はなんだか分からないが、その屈折率の範囲はこれらののどこかにあるだろう」としかいえません。

 

 

なんにせよ、そのようにして測定値との比較をしてみましたが、実は結果的には、「整合した、MIE理論(BHCOATモデル)での外気BCも大まかに計算可能」といえなくもないが、測定値の値が低すぎて、精度的に微妙な結果となったのです。

 

 

その原因の一つは、実験の経験不足があげられます。実は外気観測のうち、吸収･消散・（散乱）ともにBC単体時と被覆時を交互に測定しているのは前半だけ。後半は全時間被覆ありでの測定をしたため、BC粒子の屈折率が推定できない。これは痛い。

 

 

しかも、その貴重な前半のデータは、測定される値が小さく、イベントがなかった、というバッドラック。

 

 

その中で発表をするもんだから、あーでもない、こーでもない、やれこっちのデータだとどうだ、あっちの屈折率はどうなんだ、という議論をものすごいピッチ（文字通り、泊り込み状態）でやり、一気にスライド作成し・・・そして本番となったわけです。正直。眠い。というか疲れた。

 

 

でも、なんというか、少しさびしくもありました。とりあえず、これから約二年間はこの研究とも離れるんだな、と思うと。

 

 

発表に使ったデータも、解析に使ったプログラムも、色んなものが、自分で苦心して作り上げて来たものです。初期の実験から考えると、今回の実験内容はまだ改良されています。そして、これからもどんどん改良された研究となっていくでしょう。今、その渦は極渦のようにぎゅんぎゅんまいてます。その渦中から離れるんだ、と思うと。ちょっとさびしい。

 

 

だから今回の発表は、これだけ自分を追い込めたんだと思います。解析も。スライド作成も。そして何より、発表しているその時間にすべてを打ち込めたこと、「今」に何もかもを注げたんだと。限界突破でした。

 

 

昨日だって三時までスライド修正、目が勝手に覚めたのが五時ごろだったほどの、気合の入りようですから。

 

 

そして、今日見に来てくれた後輩たち、先生たちの顔もよく覚えています。あんなに追い込まれてぼろぼろだったのに、なぜかその元凶の発表が、大切な一瞬として刻まれてる。やっぱり情熱を傾けることが、そのときそのときを大切なものにしていくんだなぁって感じました。

 

 

後輩君たち、後は君らにすべて託しましたよ。僕は逃亡します。（あくまで予定では）茨城は寒いので。南のほうに。遠く、南の地にまで聞こえてくるような研究を成し遂げてください。

 

 

え？南ったって、行き過ぎだって？

 

 

細かいことは気にすんない。

火事です！！

火事です！！！G棟4階で火災が発生しました！！落ち着いて避難してください！！

という放送が耳を劈く中、僕はスープパスタ片手にパソコンの前にいます。これ、卒論・修論の時期の風物詩なんです(笑)

最近G棟にも各部屋の部屋番号を示すプレートが取り付けられました。ぼろっちい棟なので、逆に違和感・・・

多分これも、結構予算がかかったんじゃなかろうかと思います。でも僕らとしては別にあってもなくてもどっちでもいい。

それより、風物詩になるくらい低性能の火災報知機を何とかしてくれ(笑)

どうしてだろう、なんで本人達が別にどうでもいいって思うところにばかり予算が行くんだろう。

で、なんで必要だって思うところに予算が行かないんだろう。

研究費が足りないのは言うまでもなく。天井は恐らくいまだアスベスト張り。蛇口をひねれば金魚も裸足で逃げ出す水が出て、暖房つけると火災報知機が轟き叫ぶ。

大学の法人化に伴って、各大学、学生を引き入れるために工夫を必要とするこの時代。見た目ばかり良くしようと予算かけたって学生はきません。生き残るためには実績と、学生の評判を良くすることが必要と感じます。

ってか、その前にせめて安全面だけでも何とかしてもらえないものだろうか。

火事です。色々火事です。学校だって火の車。俺の修論、山火事状態。

お、やっと止まった(笑)他の色んな火事が鎮火するのはまだ先か。

ラマナサンさん

今回は研究のお話でちょっとした速報を。

以前、BlackCarbonが温暖化に寄与するってお話しましたね。IPCC2007では・・・

CO2放射強制力が+1.66(±0.17) (W/m2)
メタン放射強制力が+0.48(±0.05)
化石燃料起源BCの放射強制力が0.12(±0.15)(W/m2)

といわれています。比較するとちいさく見えるけども、問題は気候に対して有意に影響するかということで、この数字を見ると充分有意に影響します。

さて、先日のBlackCarbon国際ワークショップでのこと。ある人の発表で、BCの放射強制力についてモデル計算をした結果が説明されていました。その結果が・・・

0.90(+0.3,-0.5) (W/m2)・・・・（Ramanathan et al,2008）

これは本当だったらすごい！なぜならCO2についで放射強制力(要は温暖化効果の強さ)が大きいとされたメタンを遥かに凌ぐことになるからです！！！

しかもCO2と温暖化は微妙な問題でして、

CO2上昇⇒温暖化

という構図なのか

温暖化⇒CO2上昇

であるのか判然としないというのが実情でありまして、CO2が温暖化の原因とは言い切れないってのが大気専門院生の本音であります。そりゃ、あったかくなれば生物活動は活発になり、CO2は必然的に増えますからな。

しかし、BCはそのほとんどが人為起源であり、物を燃やして発生するので、ほぼ間違いなく、

BC増加⇒温暖化

という構図だといえるわけです。そういう意味では最も強い温暖化物質はBCだということになります。

そこのあなた！！今吸ったタバコからでてるBCが温暖化に寄与してるんですよ・・・！

っていう俺もタバコ吸うけどね(笑)BCの発生源として大きいのは、化石燃料の燃焼、焼畑などのバイオマス燃焼です。

とりあえずBCについての新しめの報告でした。こういったことによって皆さんが少しでも環境問題について興味をまっていただければ嬉しいです、っと。

目が・・目がぁぁ・・・！

ドライアイ・・・！！！


そういや、ここんところ2日にいっぺんしか帰ってきてない(笑)実は20から学会で発表。ポスターです。ちなみにやっとこさ、ネタとして計算が完了したのが、今朝の九時ごろという(笑)


遊んでたんだろって？？


そんな・・！


まさか！


うーーん・・・否定は・・・できないかも(笑)


いや、それ以上にFortranの扱いに四苦八苦したというか。だって、今まではC言語使ってたもんさ。


で、メインプログラム組んだり、そこでの計算結果がまず正しく出ているのかとかを検証したり。と、結構大忙しだったんです。


その間、弓道の講習会でたり、いとこの結婚式行ってみたり。走りだしのカメラ小僧にはああいった写真は荷が重い。修行が足りませんでした。


とりあえず、今回の学会ネタは、BCの光吸収量を測定し、ある状態に状態変化したBCの性質はどうなっているのか、ということです。


復習。BCは温暖化に寄与するんだということ。その影響を正しく、明確にしていくには、BCの空間的分布が分かること、BCそのものの光吸収・温暖化効果を明らかにすることが大事。そして不肖私はBCそのものの特性についてアプローチしているということでした。


皆さん、もう、BC(煤をイメージ)が光を吸収し、発熱するイメージは沸いて来ましたか？黒い粒だから、そりゃそうだろって感じですよね。


さて、空気中では様々な、というかあらゆるエアロゾルなり、何らかの物質なりが浮遊しているわけです。ほら、あなたの身の回りにも・・・


例えば今、パソコンを眺めているこの空間で考えて見ましょう。


まず、埃。服や、シーツなどから出るほこりがありますね。それから、砂粒など。そして、BC、花粉、ウィルス。それに海塩。これは海沿いだと特に多いですね。さらに、ピンとこないかもしれませんが、硫酸塩や硝酸塩。でも、個数濃度としてはかなりあるんですよ！！


そういった様々なエアロゾルが部屋という1つの空間に、互いに別々の状態で浮遊している。これを外部混合といいます。


ところで、キッチンの換気扇なんか、油でべとつきますよね？これは油がエアロゾルとなって沈着した結果です。あのべとべとは、すぐくっつくくせになかなかとれない。BCとこの油が出会うとどうなるでしょう？そりゃ、多分べとっといきますよね(笑)互いの成分が交じり合ってるわけではないけど、抱き合って一個の粒子となって浮遊している。これを内部混合と言うわけです。決して交じり合わないけど、二つで一個の粒子となって空を飛ぶ。なんてロマンチック。


じゃあ、そのBCに透明な物質がべったり覆ったらどうなるんでしょう。そんなことあるのって？


例えば少し話は違うけど、雲粒。BCは基本的に疎水性と考えられますが、その周りに親水性の物質が付着することにより、雲粒の核になったりします。雲粒の核になると、周囲にどんどん水を集めるじゃないですか。そうして、充分な大きさになると、雨粒として落下してくるわけです。昔雨乞いをするのに、火をたいたってのもまぁ、あながち間違いじゃないというか。いや、結構無理あるとは思うんですが(笑)


とにかく言いたいことは、BCは往々にしてその周囲に何らかの物質を付着するってことです。それにより、イクラみたいな状態(もしくはおたまじゃくしの卵)になるとイメージしてください。勿論イメージの話です。


さて、透明な物質に光が入射するとどうなりますか？？屈折しますよね。かくんと、光が折れ曲がる。


イクラみたいに肥大したBC表面でも同じことが起こります。イクラの表面で光が折れ曲がる。


そうするとですね、核としてのBCの直径よりもより広い範囲の光を集めてしまうわけです。BCの大きさ一緒でもコア単体なのか、シェルをまとっているのかで光吸収量が変化する。これをレンズ効果といいます。


実はこれは従来の測定方式では測定が出来なかった。なぜなら、従来BCの光吸収というのはフィルターで捕集・集積して測定していたからです。ほら、キッチンペーパーに油滴をおとすと、さぁーっとしみこんで広がるじゃないですか。内部混合状態の粒子だってそう。フィルター上で状態変化してしまうんです。


と・こ・ろ・が。僕の研究は違う。浮遊状態で測定する。フィルターなんて使わない。


だから、従来測定できなかったレンズ効果の測定も出来る。フィルター上でのもろもろの状態変化なんて一切考えることなく測定が可能です。すごいでしょ。


さて、ではなぜそんなことが可能なのか。それはまた次回に。今回は、BCは内部混合することにより、吸収量が多きくなるが、従来の測定法では測れなかった。それにより、BCの影響の不確定は多きくなっているんだ、と覚えてください。ではでは・・・