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まいえうみのなか
5 years ago
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1 南極 40cm 赤外線望遠鏡の開発と性能評価東北大学大学院理学研究科天文学専攻市川隆研究室博士課程前期 2 年沖田博文 2010 年 2 月 2 日修士修士論文発表会

2 1. 研究背景 / 研究動機 2. 望遠鏡の開発冷却実験 4. 追尾性能の評価 5. 導入性能の評価 6. 光学系の評価 7. 結論 8. 将来計画 2

3 1. 研究背景 / 研究動機 3

4 南極 (1) 概要大陸全土が氷雪気候基地において科学調査白夜と極夜が存在平均標高 2,200m ドームふじ昭和基地気候大陸沿岸内陸高原カタバ風( 斜面下降風 ) ブリザード -40 ~+10 極高気圧帯乾燥無風極渦 -90 ~ ドームA 極低温安定した大気極夜極夜赤外 ~ サブミリ天文学にとって好条件南極点ドームC 4

5 南極 (2) 極低温背景ノイズ背景ノイズ (a) 大気が発する赤外線放射 (b) 望遠鏡が発する赤外線放射大気中の水蒸気による吸収赤マウナケア青ドームふじ大気透過率市川隆 (2008) 市川隆 (2008) Saunders+(2009) 地球上で最も寒冷な南極南極では地球上で最も低い背景ノイズと最も高い透過率が得られる但しOH 夜光は 80km 上空の高層大気の輝線放射の為温帯と南極で OH 夜光によるノイズ量は同程度 Saunders+(2009) 市川隆 (2008) 5

6 南極 (3) 地表面でのシーイング安定した大気極高気圧帯ドームと呼ばれる内陸高原の山頂部分では常に穏やかな下降気流良いシーイング低い接地境界層ドームC のシーイング Lawrence+(2004) Swain & Gallee(2006) ドームふじの接地境界層の高さ 18m Swain & Gallee(2006) 0.1 となる接地境界層の高さ極夜極夜 1 日中太陽が昇らない日ドームふじでは約 2,000 時間 (90 日間 ) 連続観測村田千紘 (2009) Strassmeire+(2008) Swain & Gallee(2006) 6

7 南極天文コンソーシアム南極天文コンソーシアムは東北大学筑波大学名古屋大学国立天文台極地研究所等によって 2005 年に結成されたドームふじ基地に天文台を建設する事を目的とした有志のコミュニティである ( 代表 : 中井直正筑波大教授 ) 東北大学近中間赤外用 2m クラス望遠鏡筑波大学 10m 級テラヘルツ望遠鏡を計画 SODAR 2005 南極天文コンソーシアム結成次隊に付託してサイト調査 2009 瀬田益道 ( 筑波大講師 ) ドームふじ調査 2010 光学望遠鏡を用いた初めてのサイト調査 ( 予定 ) ラジオメーター本修士論文で述べる南極 40cm 赤外線望遠鏡を用いて 2010 年度の観測を実施予定高遠和尚 (2008) 筑波大 HP 7

8 南極 (4) 南極大陸内陸高原はその極低温環境によって赤外 ~ サブミリ天文学で好条件であるがその特殊環境の為いくつかのデメリットが存在する南極の環境最低気温-80 湿度 100% ダイヤモンドダスト輸送通信雪上車による年 1 度の補給輸送量人員に制限通信衛星からの通信回線が細い通常の望遠鏡東北大 51cm 望遠鏡 IK 技研 HP 但し他の地上の天文台と比べれば制約は大きいが宇宙望遠鏡と比べると容易に維持運用でき低コストだと言える最も観測条件の優れた南極で観測することが本質的に重要小型軽量で 80 でも動作する望遠鏡の開発が南極天文学実現の鍵南極 40cm 赤外線望遠鏡の開発 Point 1 8

9 南極 40cm 赤外線望遠鏡 (1) AIRT40, the Antarctica InfraRed Telescope with a 40cm primary mirror IK 技研 ( 株 ) と共同開発 2007 年 12 月納品南極仕様軽量 200kg 6 分割して輸送 (-80 対応 ) 赤外線望遠鏡副鏡コーントラス鏡筒バッフルレス村田千紘 (2009) 開発中の赤外線カメラ TONIC IIII やシーイング測定装置 Tohoku DIMM を搭載して 2010 年度にドームふじのサイト調査と試験観測を行うムふじのサイト調査と試験観測を行う 9

10 南極 40cm 赤外線望遠鏡 (2) AIRT40, the Antarctica InfraRed Telescope with a 40cm primary mirror 南極 40cm 赤外線望遠鏡は 80 対応小型軽量を最優先して開発した全く新しい望遠鏡全く新しい望遠鏡であり正しく機能するかわからないまた実際に 80 で動作するかも確かめられていない 2010 年度ドームふじ観測概要 2010 年 12 月 ~2011 年 1 月の1 ヶ月間太陽は沈まない ( 白夜 ) 気温 -40 ~-20 程度高さ5m 程度の土台の上に設置シーイング測定 (Tohoku-DIMM) 金星連続観測 (TONIC-II) II) 太陽系惑星ライブラリ (TONIC-II) II) 求められる性能操作性耐寒性能追尾精度導入精度光学精度南極 40cm 赤外線望遠鏡の性能を評価向上してドームふじのサイト調査試験観測を成功に導く南極 40cm 赤外線望遠鏡の性能評価 Point 2 10

11 2. 望遠鏡の開発 11

12 開発の概要南極 40cm 赤外線望遠鏡は対応小型軽量を最優先で開発した為で開発した為正しく機能するかわからないまた標高 3,810m 0.6 気圧 20 での組み立て調整は極めて困難だと予想される基本性能の検証と操作性の向上が必要今回開発改造した南極 40cm 赤外線望遠鏡の概観バッフル RA 軸の改造高強度の軸受けに交換評価実験操作性の向上極軸調整プレート Dec 軸モーターユニット極軸望遠鏡 Dec 軸バランス運搬ハンドルバッフル極軸望遠鏡運搬ハンドル RA 軸ウォームホイルユニット改造 Dec 軸モーターユニット改造 Dec 軸バランス極軸調整プレート 12

13 RA 軸の改造 (1) これまでの試験観測や実験から南極 40cm 赤外線望遠鏡はほぼ正しく動作することが確かめられているがただ 1 点原因不明の追尾エラー原因不明の追尾エラーが確認されていた ( 村田千紘 (2009)) この原因としてソフトウェアのバグ RA 軸ウォームホイルユニットの剛性不足が考えられたそこでこれらを検証し原因を突き止め南極 40cm 赤外線望遠鏡が正しく動作することを確かめる望遠鏡コントローラーから正しい信号は来ているのか? 駆動モーターのパルス数とパルス周期を測定ソフトは正しく機能 13

14 RA軸の改造(2) RA軸の改造 (2) 新RA RA軸ユニット軸ユニット旧RA RA軸ユニット軸ユニット軸受けが上下2カ所に分離軸受けが上下2 強度平行度に不安スリップ実験((旧ユニット) スリップ実験旧ユニット) ジュラルミン削り出し高強度軸受けに変更 2009年5月 2009年 IK技研にて改造 IK 技研にて改造スリップ実験(新ユニットスリップ実験( 新ユニット)) スリップは新RA軸スリップは新RA 軸ユニットでは生じないズレ量スリップはRA軸の機械的問題が原因スリップはRA 軸の機械的問題が原因時角改造によってRA 改造によって RA軸は正しく機能軸は正しく機能 14

15 操作性の向上 (1) 望遠鏡の設置調整は標高 3,810m 0.6 気圧 20 以下で行われ困難が予想される操作性の向上が重要極軸調整プレート Dec 軸モーターユニット改造容易な望遠鏡設置を実現改造前改造後梁モデルを仮定して安全率 10 以上かつたわみ量 1mm 以下の板厚となるように開発望遠鏡を組み上げた状態でモーターユニットの脱着が可能な構造に改造作業性が向上 15

16 操作性の向上 (2) 極軸望遠鏡バッフル Tohoku DIMM 等可視光で観測する時に散乱光を低減 Dec 軸バランス運搬ハンドル 16

17 まとめ IK 技研と共同開発した南極 40cm 赤外線望遠鏡は対応小型軽量を最優先して開発した全く新しい望遠鏡でこれまでの観測から RA 軸に不具合があることが知られていたそこでソフトウェアの評価 RA 軸ウォームホイルユニットを改造し不具合を改善したまた望遠鏡の設置調整は標高 3,810m 0.6 気圧 20 以下で行われる為困難が予想されるそこで設置や調整作業をより容易に行う為に様々な機構を開発し追加したこれらの作業の結果南極 40cm 赤外線望遠鏡は南極での使用に十分対応できる南極での使用に十分対応できる望遠鏡になった 17

18 冷却実験 18

19 冷却実験の概要南極 40cm 赤外線望遠鏡は 80 対応で開発されたが実際に 80 で機能するか不明であるまたこれまでの実験から環境では部品単位部品単位で正しく機能してもで正しく機能しても機械単位機械単位では正しく機能しないそこで機械単位機械単位で 80 まで冷却しその挙動を調べたなお 2010 年度のサイト調査試験観測は夏期のみであり 40 程度で動作すれば問題は無いしかし本修士論文では 2012 年度からの越冬観測を視野に入れて 80 で動作可能であるかどうか調べた副鏡モーター副鏡ユニット 80 で望遠鏡として機能モーター軸受が正しく動作 80 対応 FOMBLIN ZLHTグリース Dec 軸モーターユニット Dec 軸モーターソルベイソレクシス ( 株 )HP RA 軸モータータユニット日本フリーザー CLN 70C 冷凍庫 KEYENCE NR 1000 データロガー白金温度計 RA 軸モーター軸受 RA 軸ユニット 19

20 脱パルスTc モーターユニットステッピングモーターに入力されたパルス数 (= = 同期速度 ) に回転が追従出来ないと脱調脱調が生じモーターが回転できない主にモーターのトルク不足が原因低温環境ではグリス粘度の増大グリス粘度の増大隙間の減少隙間の減少によりモーターユニットの内部抵抗が増大し脱調しやすくなるモデル化粘度の温度依存脱調するパルスと温度の関係調隙間の減少 Dec Dec RA RA α ~ 0 Tc ~ 100 温度 (K) 3,500[ パルス /sec] 程度であれば 80 でも脱調しない但しFOMBLIN ZLHTグリースを使用 20

21 副鏡ユニット RA 軸ユニット副鏡ユニット冷却実験副鏡モーターの回転で副鏡を上下させてピントを調整 RA 軸ユニット冷却実験シャフト軸受けウォームホイルは材質が異なり熱収縮率も異なる 80 では隙間調整必須シャフトブシュは同一材質隙間調整不要隙間調整を行えば 80 でも動作可能脱脂 / グリスアップ / 最適な隙間調整によって 80 で動作但し FOMBLIN ZLHT グリースを使用 21

22 まとめ南極 40cm 赤外線望遠鏡がで機能するか各機械単位毎に冷却実験を行った RA 軸 Dec 軸モーターユニットは低温では隙間が減少し摩擦が増大して脱調し易くなる事がわかったが 80 でも 3500[ パルス /sec] で問題なく回転することが確認できた副鏡ユニットはシャフトブシュが同一材質で隙間が減少せずでも問題なく動作した RA 軸ユニットはシャフト軸受けウォームホイルが異種金属で隙間調整を施さないと 80 では使用できない事がわかったよって南極 40cm 赤外線望遠鏡の各可動部分は FOMBLIN グリースを使用して隙間調整を正しく行えば 80 でも動作することがわかったなおDec 軸ユニットはその大きさから冷凍庫に入れることが不可能であった為冷却実験を行っていないしかしRA 軸ユニットと同じ構造であり RA 軸ユニットと同様に隙間調整を行えば 80 でも使用可能であると考えられる 22

23 4. 追尾誤差の評価 23

24 追尾誤差の概要南極 40cm 赤外線望遠鏡は対応小型軽量を最優先で開発したで開発した全く新しい望遠鏡全く新しい望遠鏡で追尾誤差がどの程度存在するかわからないそこで理論式を立てて観測と比較することで追尾誤差を評価する赤道儀 = RA 軸を一定速度で回転させて天体を追尾追尾誤差の原因設置誤差大気差ピリオディックモーションその他( たわみ等 ) 大気差 RA 軸の回転によって天体を追尾追尾誤差が2010 年度のサイト調査試験観測に求められる精度を有するかどうか検証するギヤ軸受けの偏芯によって周期的な追尾誤差が生じる 24

25 追尾誤差 ( 理論式 ) 1 分間あたりの RA 方向のエラー設置誤差時角 Hp 方向に εp 観測地の緯度 L 観測天体の ( 時角, 赤緯 )=(H0,δ) 設置誤差 (Ep,Hp) の成分大気差 ( 緯度 L, 時角 H, 赤緯 δ) の成分恒星時追尾ピリオディックエラー 1 分間あたりの Dec 方向のエラーその他の成分設置誤差 (Ep,Hp) の成分大気差 ( 緯度 L, 時角 H, 赤緯 δ) の成分 25

26 追尾誤差の測定 (1) 15 秒間隔で天体を数十回撮像して追尾状態を調べる大気差設置誤差天体の位置 (H0, δ) 観測地の緯度 L から一意に計算可能 Dec 軸の追尾誤差 ~ 設置誤差 + 大気差設置誤差の見積もりが可能 1 分ああたりの Dec 軸のの追尾誤差 [ ] 設置誤差北に 145 +/ 24 [arcsec] 東に / 16 [arcsec] 時角 [rad] 26

27 追尾誤差の評価 (2) ピリオディックモーション + その他ピリオディックモーション + その他 = RA 軸の追尾誤差 ( 設置誤差 + 大気差 ) 観測例ピリオディックモーション RA 軸の追尾尾誤差 [ ] P= 4.3 +/ 1.8 [arcsec] 観測経過時間 [min] C= 038+/ / 058[arcsec/min] 0.58 D= / 0.24 [arcsec/min] その他の成分による追尾誤差 RA 軸方向 Dec 軸方向その他の成分 = 追尾が早くなる傾向鏡筒のたわみが原因か 27

28 考察とまとめ南極 40cm 赤外線望遠鏡の追尾性能を評価した設置誤差大気差による追尾誤差を差し引いてピリオディックモーションとその他の誤差を評価した結果ピリオディックモーション P=4.3 +/ 1.8 その他の RA 方向の追尾誤差 C= / であったその他の追尾誤差はその向きから鏡筒のたわみ鏡筒のたわみであると考えられるしかしドームふじは南緯 77 と高緯度に位置し天体の高度は殆ど変わらないその為鏡筒のたわみによる追尾誤差は小さく無視できる小さく無視できるため問題は無いよって観測を制限するものはピリオディックモーションであると言えるここで許容追尾誤差を回折限界の 20% とすると現状では 5.3~29 秒間の露出が可能となる 2010 年度の観測は太陽が沈まない夏期に行う為短時間の露出が出来れば支障は無いよって南極 40cm 赤外線望遠鏡は観測で求められる追尾精度を有していると言える 28

29 5. 導入誤差の評価 29

30 導入誤差の概要 (1) 南極 40cm 赤外線望遠鏡は 80 対応小型軽量を最優先で開発したで開発した全く新しい望遠鏡全く新しい望遠鏡で導入誤差がどの程度存在するかわからないそこで理論式を立てて観測と比較することで導入誤差を評価する天体の導入 = ある天体 (H0,δ0) を基準として RA 軸 Dec 軸を必要量だけ回転させて目標の天体 (H,δ H,δ) に向けることある天体 (H0,δ0) を基準として望遠鏡の向きを設定することを特にアライメントと呼ぶ導入誤差の原因設置誤差大気差ピリオディックモーション RA 軸と Dec 軸の直交誤差 Dec 軸と光軸の直交誤差バックラッシュバックラッシュ KHK カタログ 3008 RA 軸と Dec 軸の直交誤差導入誤差が 2010 年度のサイト調査試験観測に求められる精度を有するかどうか検証する Dec 軸と光軸の直交誤差 30

31 導入誤差 ( 理論式 ) 任意の天体 A(HA, δa) でアライメントし次に任意の天体 B(HB, δb) を導入したときに生じる導入誤差 RA 方向の導入誤差設置誤差 RA 軸 Dec 軸の直交誤差 Dec 軸光軸の直交誤差大気差ピリオディックモーション Dec 方向の導入誤差 RA 軸バックラッシュ大気差設置誤差時角 Hp 方向にεpp RA 軸とDec 軸の直交誤差 d Dec 軸と光軸の直交誤差 t 大気差の大きさ R0 観測地の緯度 L 設置誤差 Dec 軸バックラッシュ 31

32 導入誤差の概要 (2) RA 軸と Dec 軸の直交誤差バックラッシュ導入誤差 [arcm min] バックラッシュとは歯車などの機械要素で運動方向に意図して設けられた隙間意図して設けられた隙間の事 RA この隙間の為回転を反転した際にバックラッシュだけ回転が伝達しない Dec 天体の赤緯 ( ) Dec 軸と光軸の直交誤差様々な赤緯の天体を観測することで直交誤差 d t の KHK カタログ 3008 区別見積もりが可能 min] 導入誤差 [arc RA Dec 天体の赤緯 ( ) RA 軸 Dec 軸 Dec 軸光軸 32

33 バックラッシュの測定天体を +/ 60[arcsec] ずつ動かして観測結果と比較することでバックラッシュ量を見積もる RA 軸バックラッシュ RA 軸は天体の追尾の為に常に回転している為バックラッシュによる導入誤差は原理的に生じない [ ] RA 方向の位置観測例観測経過時間 [min] Dec 軸バックラッシュ Dec 軸は天体導入時のみ回転ギヤがかみ合った状態かみ合った状態とかみ合っていない状態かみ合っていない状態 Dec 方向の位置 [ ] 観測経過時間 [min] RA 軸バックラッシュ 3.6 +/ 14 [arcsec] Dec 軸バックラッシュ 86+/ 86+/ 3.8 [arcsec] RA 軸 Dec 軸 33

34 直交誤差の測定様々な赤緯の天体を導入し撮像することで RA 軸 Dec 軸光軸の直交誤差を求める設置誤差大気差大気差による導入誤差をあらかじめ差し引きピリオディックモーションバックラッシュシーイングを測定誤差として RA 軸方向の導入誤差を示す RA 軸方向向の導入誤差 [arcsec] RA 軸 Dec 軸の直交誤差 d 87 +/ 21 [arcsec] Dec 軸光軸の直交誤差 t 320 +/ 29 [arcsec] 天体の赤緯 [ ] 34

35 考察とまとめ南極 40cm 赤外線望遠鏡の導入性能を評価した望遠鏡のギヤの隙間であるバックラッシュは Dec 軸方向で 86 +/ 86 +/ 3.8 程度存在することが分かったまたバックラッシュが原理的に生じない RA 軸方向でも 3.6 +/ 3.6 +/ 14 あったが測定誤差やソフトウェアの解像度不足が原因だとあると考えられる設置誤差大気差による導入誤差をあらかじめ差し引きピリオディックモーションバックラッシュシーイングを測定誤差として RA 軸方向の導入誤差を測定した結果から RA 軸 Dec 軸の直交誤差 87 +/ 21 Dec 軸光軸の直交誤差 320 +/ であることがわかったよって導入誤差は最大で約 500 ~8 分角程度あることになるところで 2010 年度の観測に用いる TONIC IIIIは φ30 の視野を有しており今回測定された導入誤差でも目標天体は必ず視野内に導入可能であると言えるよって南極 40cm 赤外線望遠鏡は観測で求められる導入精度を有していると結論づけることができる 35

36 6. 光学系の評価 36

37 光学シミュレーション光学系 ( 主鏡副鏡観測装置 ) が正確に取り付けていないと性能を 100% 発揮できないそこで光学シミュレーションソフトシ ZEMAX を用いて光軸ズレの影響を検証する光軸が正しい時主鏡ズレ 0.5mm 副鏡傾き 1 スポットダイアグラムスケールは 200μm 主鏡副鏡の位置ズレ主鏡の傾き誤差主鏡の傾き誤差によって星像が大幅に悪化する正確な組み立て調整が重要視野中心における星像の RMS 半径 [ ] 37

38 ハルトマンテスト原理ハルトマンテスト = 実験的な光線追跡ハルトマン板を通った各光線の焦点内外像の位置から焦点面でどのように振る舞うか調べる焦点面での光軸からのズレ収差ベクトル収差ベクトルの平均値ハルトマン定数 T [arcsec] 南極 40cm 赤外線望遠鏡に取り付けたハルトマン板測定結果ハルトマン定数 T= 0.59 収差ベクトルの傾向コマ収差? 収差ベクトルスポットダイアグラム [μm] 南極 40cm 赤外線望遠鏡 + TONIC IIII 空間分解能ピクセルスケール

39 考察とまとめ南極 40cm 赤外線望遠鏡の光学系を評価した光学シミュレーションソフトを用いた解析からは主鏡副鏡の位置ズレ主鏡の傾き誤差によって星像が大幅に悪化することがわかったまたハルトマンテストを行って結象性能の測定を行ったこの結果ハルトマン定数 T=0.59 であった収差ベクトルの傾向はコマ収差を示唆し光軸が正しくないことを意味する光軸合わせは観測者の経験と勘で行われ完全に 0にすることは不可能であるしかし南極 40cm 赤外線望遠鏡 +TONIC IIII の回折限界はであり今回測定されたハルトマン定数から結象性能は回折限界以下であることがわかるよって南極 40cm 赤外線望遠鏡は観測で求められる十分な光学性能を有している十分な光学性能を有していると結論づけられる 39

40 7. 結論 40

41 結論開発 80 対応小型軽量の南極 40cm 赤外線望遠鏡が望遠鏡として正しく機能するかどうか評価実験評価実験を行ったまた RA 軸ユニットの改良や望遠鏡の輸送設置観測を効率的に行う為の様々な開発も行ったまた 80 冷却実験を行い各部が 80 でも正しく機能することを確認した性能評価南極 40cm 赤外線望遠鏡の追尾導入光学性能を評価した追尾誤差はピリオディックモーション4.3 +/ 1.8 程度でありまた RA 軸 Dec 軸の直交誤差 87 +/ 21 Dec 軸光軸の直交誤差 320 +/ 29 Dec 軸バックラッシュ 86 +/ 86 +/ 3.8 から導入誤差は最大 8 程度であることがわかったまた光学系はハルトマン定数 0.59 であり観測に必要な光学性能を有していることがわかった南極 40cm 赤外線望遠鏡が 2010 年度に計画されているドームふじサイト調査試験観測に必要な性能をすべて有する望遠鏡であることが示された 41

42 8. 将来計画 42

43 2010 年度ドームふじ観測計画 2010 年 11 月 ~2011 日 3 月にかけて行われる第 52 次南極地域観測隊 ( 夏隊 ) では約 1 ヶ月に渡ってドームふじ基地に滞在し南極 40cm 赤外線望遠鏡を用いたサイト調査と試験観測が行われる予定であるシーイング測定金星連続観測南極 40cm 赤外線望遠鏡に取り付けた Tohoku DIMM (2008 年開発 ) シーイング = 地球大気の揺らぎ望遠鏡の空間分解能を実質的に決定 2 日以上連続観測シーイングの絶対値時間変化を測定金星はその大きさや太陽からの距離が地球と似ているにもかかわらず大量の二酸化炭素に包まれ灼熱の惑星であるまた自転速度は243 日と非常に遅いにもかかわらず高層大気は約 4 日で金星を1 回転しており謎が多い 2010 年 1 月の金星は太陽との離角 40 で 1 日中観測可能また南極の高い透明度から太陽があっても十分な S/N が期待される連続 10 日間にわたって金星の気象観測を実施高い透過率と連続観測を生かした南極オリジナルのサイエンス 43

44 2012 年度ドームふじ観測計画 2010 年度の夏期観測で得られた経験を元に 2012 年度は太陽の昇らない ( 極夜 ) 冬期に南極 40cm 赤外線望遠鏡を用いた学術観測を実施する AIR C R. G. Lundock( 東北大 ) が開発中の観測装置 Kdark(2.4μm) A band(3.4μm) L (3.7μm) を同時撮像視野 φ30 or φ9 AIRT40 ver 年の経験を生かし南極 40cm 赤外線望遠鏡を改造越冬観測を可能とする PLATO Lundock (2008) ニューサウスウェールズ大学 ( オーストラリア ) の開発した自動観測装置 + 無人発電装置 AIRTReCS 吉川智裕 ( 東北大 ) が開発中のリモート観測システム望遠鏡の自立制御と衛星通信を用いた遠隔操作を可能とするドームA に設置された PLATO Engine Module 44

45 南極 2m 赤外線望遠鏡 ( 案 ) 南極の良シーイング低背景放射 2m 望遠鏡ですばると等しい検出限界 2m 望遠鏡ですばるより高い空間分解能深い検出限界高い空間分解能連続観測ユニークな観測装置 arcsec] 星像 [a シーイングと 2m 望遠鏡の回折限界波長 [μm] 背景ノイズ 2014 年 ~ 建設開始? 赤マウナケア青ドームふじ超軽量望遠鏡架台 M. Kurita & S. Sato (2009) 市川隆 (2008) 45

46 46

47 47

48 A. 補足資料 48

49 空の明るさマウナケア山頂の空の明るさ Cox(1999) 検出限界 Cox(1999), 岩室史英 HP 赤外線の場合背景ノイズが支配的 49

50 赤外線観測 Cox(1999) Cox(1999) Cox(1999), 岩室史英 HP 等級の定義 50

51 オーロラ地球磁気圏から磁力線に沿って振り込む電子や陽子によって電離圏の酸素原子窒素分子窒素分子イオンが励起され発行する現象理科年表 2006 主なスペクトル酸素原子 557.7nm, 7nm 630.0~636.3nm 0~ nm 3nm 窒素分子 646.9~687.5nm687.5nm 窒素分子イオン 391.4nm, 427.8nm 気象庁 HP カタバ風極渦 51

52 SNODAR 2006 年度の第 48 次南極地域観測隊 ( 夏隊 ) に付託してドームふじ基地の大気透過率と乱流度を測定理科年表 2006 ラジオメーター高遠徳尚 (2008) 瀬田益道 (2009) 52

53 南極 40cm 赤外線望遠鏡に求められる性能最低気温-80 湿度 100% ダイヤモンドダスト雪上車による年 1 度の補給通信衛星を用いた通信 80 対応小型小型軽量軽量リモートメンテナンスフリー etc 年度の観測は太陽の沈まない ( 白夜 ) 夏期に実施要するに昼間天体観測昼間天体観測背景光が明るくサチってしまう為明るい天体を短時間露出明るい天体を短時間露出することが基本操作性耐寒性能追尾精度導入精度光学精度ドームふじ滞在期間は最長で1 ヶ月出来る限り長い連続観測を実行する為に容易な設置調整とメンテナンスフリーが求められる夏期の最低気温は 40 程度であり太陽からの熱流入が常にある為レンズは結露せず昇華する為ヒーティングも不要 ( と考えられる ) 観測装置観測手法による 2010 年度は視野 Φ30 の TONIC II II を用いた短時間撮像のみそもそも 80 のドームふじで何が天体観測の障害となるのか分からない南極 40cm 赤外線望遠鏡は将来の大型望遠鏡建設の為の技術開発技術開発技術試験技術試験 53

54 南極 40cm 赤外線望遠鏡望遠鏡の調整箇所と調整量 54

55 TONIC IIII TOhoku University it Near Infrared dc Camera II TONIC IIII コールドストップを有さない直接撮像カメラ 2010 年度の昼間金星連続観測の為の改造を検討中視野 φ15 程度フィルター 7 枚搭載コールドストップコマ収差補正 VIRGO 2K Raytheon HP 55

アムンゼンスコット基地 ( 南極点 ) 昭和基地ドームふじ基地 SPT http://www.southpolestation.

jp/jare コンコルディア基地 ( ドーム C) 標高 3,280m PILOT 崑崙基地 ( ドーム A) 標高 4,093m CSTAR

56 アムンゼンスコット基地 ( 南極点 ) 昭和基地ドームふじ基地 SPT アメリカ国立科学財団 HP IceCube Dome C 2004~ コンコルディア基地 ( ドーム C) 標高 3,280m PILOT 崑崙基地 ( ドーム A) 標高 4,093m CSTAR IRAIT Yuan+(2008) Tosti+(2006) Lawrence+(2009) PLATO 新華通訊社 HP Yuan+(2008) 56

57 ドームふじまでの道のり 11 月中旬晴海埠頭出港 11 月下旬フリーマントル寄港 12 月中旬昭和基地接岸 12 月下旬昭和基地出発 1 月初旬ドームふじ到着 1 月下旬ドームふじ出発 2 月初旬昭和基地到着 2 月中旬昭和基地離岸 3 月下旬シドニー寄港 4 月中旬晴海埠頭帰港極地研 HP 東京昭和基地 14,000km 南極観測用雪上車 SM100S 型極地研 HP 砕氷艦しらせ昭和基地ドームふじ 1,000km 雪上車で2 週間現在は後継艦しらせ極地研 HP 市川隆 HP 57

58 Tohoku DIMM 地上から天体を観測すると大気の攪乱によって屈折率が時間的空間的に変動し天体からの光の強度や入射角が光路ごとにわずかに揺らぎその結果星像の位置が揺らぐこの星像の位置の揺らぎをシーイングと呼び星像輝度分布の FWHM [arcsec] で表す南極 40cm 赤外線望遠鏡に取り付けたTohoku DIMM (2008 年開発 ) 広大 DIMM と比較観測性能評価 Wat 100N (Watec Co., Ltd.) Min lx, and Exp. time/gain/gamma Manually changeable 58

59 粘度厚さh の液体をはさんだ面積 S の2 枚の板が相対速度 v で運動する時に板と液体にかかる力 F と定義但しμ は粘度粘度 μ は絶対零度で無限大隙間 h はある温度 Tcで0 となるオリエンタルモーター熱膨張率オリエンタルモーター 59

60 設置誤差による導入誤差 RA 軸が点の北極を向いていない為天体の座標 (H, δ) を入力しても望遠鏡は天体の方向に向かず結果導入ができない (Hp +90, 0) でアライメント RA 軸方向の誤差 Dec 軸方向の誤差大気差による導入誤差 RA 軸方向の誤差 Dec 軸方向の誤差 60

61 RA 軸 Dec 軸の直交誤差による導入誤差 ( 90, 0) でアライメント導入誤誤差 [arcmin] RA Dec 天体の赤緯 ( ) Dec 軸光軸の直交誤差による導入誤差赤道儀は工業製品である為 RA 軸 Dec 軸光軸は必ずしも直交しているとは限らない (HA, 0) でアライメント導入入誤差 [arcmin n] RA Dec 天体の赤緯 ( ) 61

62 副鏡移動で生じる球面収差カセグレン光学系光路長一定の条件を満たし球面収差が無い副鏡を動かすと光路長一定の条件を満たさず球面収差が生じる副鏡を0.61mm 内側へ動かした時と 059mm 0.59mm 外側へ動かした時の横収差図横軸が光軸からの距離 ( 入射高 ) を表し縦軸は球面収差の横収差量を表す線が原点付近で切れているのは副鏡の影によるなお縦軸は 1 目盛り 20μm ( 左 ) 焦点内像 ( 右 ) 焦点外像球面収差は焦点位置に対し反対称反対称に生じる為ハルトマンテストで副鏡移動を行っても相殺され副鏡移動による球面収差は殆ど観測されない表泰秀 +(1998) 収差ベクトルハルトマンテストは恒星 ( 点光源 ) を用いて光学系の性能評価を行う為ザイデルの5 収差のうち球面収差球面収差コマ収差コマ収差非点収差非点収差が測定可能である横尾武夫 (1991) 62

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Microsoft PowerPoint - 6専攻合同シンポジウム.pptx 南極 40cm 赤外線望遠鏡の開発と性能評価東北大学大学院理学研究科天文学専攻市川隆研究室博士課程前期 2 年沖田博文第 3 回東北大学大学院理学研究科 6 専攻合同シンポジウムヤングブレインズの連携による学際的研究の創造 2010 年 2 月 16 日赤外線天文学銀河はなぜ誕生しどう進化したのか? 地球以外に生物は存在するのか? 銀河を構成するのは数千億個の恒星でありその熱放射のピークは可視光にある