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衛星電位の代理量と PACE 低レベル表

sopran.experimental.kaguya.spacecraft_potentialは、PACEのエネルギースペクトルの段差から衛星電位\(V_\mathrm{sc}\)の代理量を作り、 イベント時刻へ対応付ける試作です。帯電の物理モデルは解きません。 得られる値は「補正の候補と幅」であり、測定した電位ではありません。 lunarsatの2026年5月の試行では、ESAの段差は採用できたものの、イオン側の代理量はESAに対して約\(-57\,\mathrm{V}\)の系統差が残り、 診断用に留めました。エネルギー分解能と閾値で精度が決まり、全期間での独立検証は行っていません。

採用規則

代理量 条件 値 適用側
ESAのfalling段差 昼側（SZA < 80°） 衛星光電子の境界、\(V_\mathrm{sc}=+E_\mathrm{edge}\) use_dayside_photoelectron（既定True）
ESAのrising段差 夜側（SZA ≥ 120°） 負に帯電した衛星による低エネルギー電子の遮断、\(V_\mathrm{sc}=-E_\mathrm{edge}\) 常に採用
IMA/IEAの低エネルギーイオンピーク 夜側 \(V_\mathrm{sc}=-E_\mathrm{peak}\) use_ion_proxies（既定False、診断）

段差はedge_min_eV〜edge_max_eV（既定5〜350 eV）の範囲で、3点中央値で平滑した\(\log_{10}\)信号の隣接差が最大の対を取り、 20〜80パーセンタイルの中間を横切るエネルギーをcutoff_energy_eVにします。 qualityは段差の高さ（≥ 0.25 dex）、プロファイルの幅（≥ 0.35 dex）、ビン数、低エネルギー側のカウント比から作る quality_scoreが1以上のときに立ちます。

使い方

import sopran as spn
from sopran.experimental.kaguya import spacecraft_potential as sp
from sopran.missions.kaguya.geometry import lmag_sza

kg = spn.Kaguya()
time = spn.day("2008-04-02")
esa1 = kg.esa1.load(time, calibration=kg.esa1.load_calibration())
times, energy, counts, eflux = sp.energy_spectra(esa1.to_xarray())   # lookを合計したスペクトル
features = sp.cutoff_features(energy, counts, eflux, settings=sp.CutoffSettings())
sza = lmag_sza(kg.lmag.load(time)).to_xarray().interp(time=times.astype("datetime64[s]")).values
cutoff = sp.cutoff_table(times, features, sensor="esa1", sza_deg=sza)
proxies = sp.proxy_table(cutoff)

events = ...  # time_unix と sza_deg を持つ polars.DataFrame（例：ERの窓）
estimate = sp.estimate_potential(events, proxies, settings=sp.PotentialEstimateSettings())
estimate.select("time_unix", "vsc_est_V", "vsc_sigma_V", "vsc_method")

estimate_potentialは次の順で値を決め、どれを使ったかをvsc_methodに残します。

  1. direct_proxy：同じ側（昼・夜）の代理量がdirect_tolerance_seconds（既定60 s）以内にある
  2. time_smoothed_proxy：採用した代理量のsmooth_window_seconds（既定1800 s）の移動中央値がgapfill_max_gap_seconds以内にある
  3. condition_prior：同じ側・同じSZA帯（sza_bin_deg）の中央値（3行以上）
  4. global_prior：global_prior_V（既定0 V）とglobal_sigma_V（既定60 V）

ERの境界式で使うときは、電子のエネルギー補正が\(E-U_\mathrm{sc}\)である点に注意してください。 FiniteBinObservationなどのspacecraft_potential_eVへ渡す値の符号は、この表の\(V_\mathrm{sc}\)（物理的な衛星電位）と同じです。

PACE低レベル表

sopran.experimental.kaguya.pace_lowlevelは、デコード済みのPBF1記録を公開ファイルに近い形の表にします。 ヘッダの整数列（headers）、記録ごとのcnt・event・trashの合計と最大値・fill値（65535）のセル数（counts）、 IMAでは0x40記録のTOFヒストグラムを記録と4つの軸で合計した(energy_index, tof_index, counts)（tof）です。

from sopran.experimental.kaguya.pace_lowlevel import lowlevel_summary

tables = lowlevel_summary(kg.ima.load(time).pace)
tables["headers"], tables["counts"], tables["tof"]

制約

  • 段差の探索は1記録ずつで、隣接記録の連続性は使いません。qualityの閾値は夜側の遮断を想定した経験値です。
  • 昼側の光電子境界は、太陽活動と周囲プラズマで動く月面電位とは別のものです（Kato et al.）。
  • イオンの代理量は、期待される太陽風イオンのエネルギーと冷たいイオン・電子ビームの同時観測で検証するまで採用しないでください。
  • 出典：Saito et al. (2010, 2013)、Halekas et al. (2008)、lunarsat working/kgy-er/notes/kgy-er-spacecraft-potential-strategy-2026-05-02.md。