前期 火曜日 ２講時. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員/Instructor : 坂野井 健, 土屋 史紀. 学期/Semester: 前期. 開講年度/Year: 2024. 科目ナンバリング/Course code/number: SGP-EPP543.
惑星プラズマ・大気研究センター
太陽系天体（惑星・衛星）探査における可視・赤外・紫外線・電磁波・レーダー計測技術ならびに計算機シミュレーションの基礎
Fundamentals of visible, infrared and ultraviolet spectroscopy, radio and radar observations, and computer simulation for solar system research
太陽系天体，すなわち惑星や衛星の周辺プラズマや大気の変動現象により生成される放射エネルギーは，可視・赤外・紫外線や電波の形で放射される．この観測から，天体やその周辺で発生する物理プロセスをリモートセンシングすることが可能である．東北大学は，オーロラや惑星微量気体の検出など地球・惑星電磁圏・大気圏の変動現象の観測や大気組成の地上と宇宙からの観測により，数々の成果を挙げてきた．
また，近年の計算機の性能向上とシミュレーション技術の発達により，太陽系天体近傍の物理現象を定量的に理解することが可能となってきた．
本講義では，太陽系天体の物理現象の解明を将来さらに発展させていくに必要な，光・赤外や電波・レーダー計測技術，地球・惑星観測に不可欠な人工衛星・惑星探査機技術，ならびにコンピュータシミュレーション技術について，その基礎を学ぶ．
Energy generated in the solar system, such as planetary atmospheres, small bodies, and surrounding plasmas is emitted as the electromagnetic waves in the visible, infrared, ultraviolet and radio ranges. Remote-sensing observations of these waves are useful to understand the physical processes in/around the solar system objects. Tohoku University has produced many results by the remote-sensing of physical processes in the earth, and planetary magnetospheres, such as the measurements of aurora, planetary trace gases, and atmospheric compositions from the ground and space.
In addition, recent improvements in computer performance and the development of simulation technology bring us quantitative understanding of physical phenomena in the solar system.
In this lecture, we will learn the basics of optical, infrared, ultra-violet, radio wave and radar measurement techniques and satellites and planetary probe engineering which are essential for the earth and planetary observations. We will also learn computer simulation techniques. These techniques are necessary for further elucidation of the physical phenomena in the solar system.
以下の項目の基礎を理解する。特に、光赤外や電波の計測技術に関わる基礎の理解を達成する。また、コンピュータシミュレーション技術やモデリングについても学ぶ。また、衛星の光学・電波の観測技術や衛星システムエンジニアリングもテーマとして選択できる。テーマ選択については、受講者の各々の研究内容に最適になるように、下記のなかからいくつかの項目を選択して深く掘り下げ、深く理解することを目標とする。
・基礎：放射理論・光源・スペクトル・分光・電磁波・レーダー計測
・検出：材料、素子、センサー、冷却
・信号処理：電源、アナログ、デジタル、ソフトウェア
・データ解析：信号からの物理量導出の原理
・耐環境：機械設計、熱設計、試験
・衛星工学
・コンピュータシミュレーション技術
To understand the basics of visible, infrared and radio measurement technologies. We also understand the computer simulation techniques, and satellite measurement technologies as well as satellite system engineering. We will select subjects to optimize participating students' research contents. The examples are listed as follows.
· Basics: radiation theory, light source, optics and imaging, spectroscopy, radio emission
· Detection: material, element, sensor, cooling, electromagnetic waves
· Signal processing: power supply, analog and digital processing, software
· Data Analysis: principle of deriving physical quantity from signal
· Design: mechanical and thermal design, environmental test
· Satellite engineering
· Computer simulation techniques
輪講・セミナー方式で行う。以下の内容を取り扱う。ただし、受講者の研究内容に最適になるように、いくつかの項目を選択または新しいテーマを設定して深く掘り下げることもある。
１．放射理論と光源
２．スペクトルと分光法
３．電磁波放射
４．大気の透過特性と背景放射
５．材料、素子、センサー
６．冷却、真空技術
７．電源、アナログ、デジタル、ソフトウェア技術
８．機械・熱設計と環境試験
９．データ・画像処理と物理量導出
１０．システム工学・衛星工学とプロジェクト運営
１１．電磁波・レーダー計測技術（衛星・地上）
１２．コンピュータシミュレーション技術
We give lectures and presentations by students. We consider the following topics. We may change topics or select other subjects to optimize participating students' interest and to make this class useful for students' research.
1. Radiation theory and light source
2. Spectrum and spectroscopy
3. Electromagnetic wave emission
4. Transmission characteristics of the atmosphere and thermal (black body) radiation
5. Materials, elements, sensors
6. Cooling and vacuum techniques
7. Power supply, analog and digital processing, software technology
8. Mechanical and thermal designs, and environmental test
9. Optics and image processing and physical quantity derivation
10. System engineering, satellite engineering, and project management
11. Radio and radar measurement techniques (space and ground)
12. Computer simulation techniques
講義における発表・資料・議論の質と量を基に判定する
This will be decided by the quality and quantity of presentations including speach and prepared materials, and discussion in the lecture.
赤外線工学―基礎と応用,オーム社, ISBN-10:4274022021
宇宙の観測 I 光・赤外天文学 ( シリーズ現代の天文学 ), 日本評論社, ISBN-10:4535607354
宇宙の観測 II 電波天文学 ( シリーズ現代の天文学 ), 日本評論社, ISBN-10:4535607664
Exploration of the Solar System by Infrared Remote Sensing, Cambridge Univ. Press, ISBN-10: 0521326990
レーダーの基礎,コロナ社,ISBN-10 : 433900894X
上記に加えて、講義内で紹介する。
受講者は、自分が発表を担当する回の資料作成準備が必要である。また参加者は講義後に復習が必要である。
Participants need to prepare materials in advance for the time they are in charge. Participants also need to review after the lecture.
クラスコード : yxxknlr