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中西貴之「化学に恋するアピシウス」

日本、世界初の高性能センサ「HISUI」で宇宙からのレアメタル探査も可能に

文=中西貴之/宇部興産株式会社 品質統括部
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ISSの日本の実験棟「きぼう」(提供:JAXA)

 国際宇宙ステーション(ISS)に設置された日本の実験棟「きぼう」に新しい観測装置「ハイパースペクトルセンサ HISUI(Hyperspectral Imager SUIte)」が設置され、観測が開始されています。HISUIは特殊なスペクトルで地球表面を観測し、原油や鉱物などの探査を全地球規模で行うことができます。

人間がリンゴを「赤い」と認識できる理由

 日本はISS に独自の実験棟きぼうを有し、そこではさまざまな実験が行われています。きぼうは、その構造的特徴として、ISS 室内の無重力を生かした実験施設のほかに、宇宙空間に曝露された実験ユニットを備えています。この曝露実験装置では、さまざまな素材の宇宙空間での耐久性を試験したり、宇宙や地球を観測する装置が設置されたりしています。2019年末、ここに新しい観測装置が設置され、このたび運用が開始されました。

 その装置はハイパースペクトルセンサと呼ばれ、地球表面のあらゆる物質の反射スペクトル分布を測定する装置です。反射スペクトルのもっともわかりやすい例は色です。私たちはリンゴを見れば「赤い」と認識し、桜の花を見れば「淡いピンク色」と認識します。

 しかし、実はリンゴや桜の花は、それ自体が色という概念を持っているわけではないのです。私たちが見ている色は太陽や照明がリンゴや桜の花を照らしたとき、それらの表面で反射した光を目の網膜がキャッチし、その結果、脳の中で色がつくり出されているのです。

 物体は、その表面の構造や組成によってある特定の種類(波長)の光成分を吸収し、残りの光成分を反射します。私たちは、この反射された光を色として認識しているのです。つまり、リンゴと桜の花は、表面の構造や組成が異なるために違った色に見えるのです。

 真っ赤なリンゴがあったとすると、そのリンゴは表面で700ナノメートルという波長の光を反射し、それ以外の光はリンゴによって吸収されます。この700ナノメートルの光が、脳に「赤」と認識させるのです。また、ある物体が青色に見えたとすると、その物体は400ナノメートルの光を反射するなど、反射した光を測定することによって、その物体がどのようなものであるかを調べることができます。

世界初の高性能を誇るハイパースペクトルセンサ

 今回、運用が開始されたハイパースペクトルセンサは、人間の目では見ることができない波長領域までも、連続した高い解像度(分解能)を有します。それによって、地上にどのような色(光の反射)をする物体があるか、その性質・物性までも網羅的に明らかにできる、これまでにない高性能な装置です。

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HISUIを積載して打ち上げられたファルコン9ロケット(提供:NASA)

 同様のセンサはこれまでも数多く運用されていますが、観測波長帯が少ないために、おおまかな情報しか把握できませんでした。その問題を解決し、植生や鉱物等をより詳細に分類するために、連続する波長帯をすべて細かく観測することができる光学センサとしてHISUIが新たに開発され、きぼうに搭載されたのです。HISUIは、全地球規模で観測可能なハイパースペクトルセンサとしては世界初のものです。

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