Microsoft PowerPoint - 6専攻合同シンポジウム.pptx

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の開発

赤外線望遠鏡の開発

と性能評価

と性能評価

東北大学大学院理学研究科天文学専攻

東北大学大学院理学研究科天文学専攻

市川隆研究室

市川隆研究室 博士課程前期

_{博士課程前期22年}

年

沖田博文

沖田博文

第

第33回

回 東北大学大学院理学研究科

_{東北大学大学院理学研究科66専攻合同シンポジウム}

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」

「ヤングブレインズの連携による学際的研究の創造」

2010

2010年

年22月

月16

16日

日

2010

2010年

年22月

月16

16日

日

赤外線天文学

赤外線天文学

赤外線天文学

赤外線天文学

・銀河はなぜ誕生し どう進化したのか？

・銀河はなぜ誕生し どう進化したのか？

・銀河はなぜ誕生し、どう進化したのか？

・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？

・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 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。しかし遠方銀河の場合は宇宙膨張によるドップ は可視光にある。しかし遠方銀河の場合は宇宙膨張によるドップ は可視光にある。しかし遠方銀河の場合は宇宙膨張によるドップ は可視光にある。しかし遠方銀河の場合は宇宙膨張によるドップ ラー効果によって赤外線波長域に放射のピークがくる。また惑星は ラー効果によって赤外線波長域に放射のピークがくる。また惑星は 恒星に比べ低温の為、熱放射のピークは赤外線波長にある。その 恒星に比べ低温の為、熱放射のピークは赤外線波長にある。その 為赤外線波長域で高 為赤外線波長域で高S/NS/Nな観測が可能となる。な観測が可能となる。 Abell 426©2008 CFHT 2M1207©2004 ESO

赤外線で天体を観測する事でその手掛かりが得られる

赤外線で天体を観測する事でその手掛かりが得られる

般

般

しかし・・・

しかし・・・ 赤外線の観測は一般に

赤外線の観測は一般に

困難

困難

(1)

(1)大気の輝線放射

大気の輝線放射(OH

(OH夜光

夜光))

背景 イズは

視光

背景 イズは

視光

倍

倍

(2)

(2)大気の熱放射

大気の熱放射

(3)

(3)望遠鏡の熱放射

望遠鏡の熱放射

(4)

(4)大気中の水蒸気による吸収

大気中の水蒸気による吸収

・背景ノイズは可視光の

・背景ノイズは可視光の

1,000

1,000倍

倍

・観測可能な波長に

・観測可能な波長に

制限

制限

南極

南極

南極

南極

南極と言えば一般に「ブリザード」のイメージが強いがそれは沿岸部特有の「斜 南極と言えば一般に「ブリザード」のイメージが強いがそれは沿岸部特有の「斜 面下降風 面下降風((カタバ風カタバ風))」であり ドームと呼ばれる標高」であり ドームと呼ばれる標高4 000m4 000m近い内陸高原では近い内陸高原では

・地球上で最も寒冷

・地球上で最も寒冷((-

-80

80℃

℃))

極高気圧による安定した大気

極高気圧による安定した大気

面下降風 面下降風((カタバ風カタバ風))」であり、ドームと呼ばれる標高」であり、ドームと呼ばれる標高4,000m4,000m近い内陸高原では近い内陸高原では 極高気圧が卓越し常に下降気流となる為、ほぼ無風かつ高確率で快晴となる。 極高気圧が卓越し常に下降気流となる為、ほぼ無風かつ高確率で快晴となる。

・極高気圧による安定した大気

・極高気圧による安定した大気

・

・1

1年の半分は夜

年の半分は夜

アデリーペンギン©朝日新聞社

これらを踏まえて計算すると

これらを踏まえて計算すると

世界最高性能の「すばる望遠鏡

世界最高性能の「すばる望遠鏡((口径

口径8m)

8m)」」

と同等の性能が南極に設置した

と同等の性能が南極に設置した

口径

_口径2m

_2m

の

の

これらを踏まえて計算すると・・・

これらを踏まえて計算すると・・・

望遠鏡で実現可能

望遠鏡で実現可能

S/N=5, 1h S/N=5, 1h露出で得られる検出限界は波長露出で得られる検出限界は波長 2 4μm 2 4μm以上でほぼ同等となる これは南極以上でほぼ同等となる これは南極

＝

2.4μm 2.4μm以上でほぼ同等となる。これは南極以上でほぼ同等となる。これは南極 の背景ノイズがマウナケア山の約 の背景ノイズがマウナケア山の約1/201/20でで あることに由来する。また南極の安定した あることに由来する。また南極の安定した 大気によりマウナケア山頂より高い空間分 大気によりマウナケア山頂より高い空間分 解能 解能((～～0.3’’)0.3’’)で観測が可能であると考えらで観測が可能であると考えら れている れている すばる望遠鏡©国立天文台 なゆた望遠鏡©西播磨天文台 れている。 れている。

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡

小型 軽量で

小型 軽量で

℃

℃でも動作する望遠鏡の開発が

でも動作する望遠鏡の開発が

小型・軽量で

小型・軽量で‐‐80

80℃

℃でも動作する望遠鏡の開発が

でも動作する望遠鏡の開発が

南極天文学実現の鍵

南極天文学実現の鍵

・技術開発

・技術開発

技

技

・観測条件調査

・観測条件調査

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡

操作性向上

操作性向上

改造改造++追加で操作性と信頼性を向上追加で操作性と信頼性を向上

南極

南極

赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡

冷却実験

冷却実験

追尾性能評価

追尾性能評価

操作性向上

操作性向上

改造改造 追加で操作性と信頼性を向上追加で操作性と信頼性を向上 ‐‐8080℃℃冷却実験を行い不具合を解決冷却実験を行い不具合を解決 理論的・観測的に望遠鏡 理論的・観測的に望遠鏡

導入性能評価

導入性能評価

光学系評価

光学系評価

理論的・観測的に望遠鏡 理論的・観測的に望遠鏡 の諸性能を評価し試験観 の諸性能を評価し試験観 測に必要な精度を有する 測に必要な精度を有する ことを確認 ことを確認

2010

2010年度観測計画

年度観測計画

2010

2010年度観測計画

年度観測計画

2010 2010年度はドームふじ基地に南極年度はドームふじ基地に南極40cm40cm赤外線赤外線 望遠鏡を設置し試験観測を実施する予定である 望遠鏡を設置し試験観測を実施する予定である 望遠鏡を設置し試験観測を実施する予定である。 望遠鏡を設置し試験観測を実施する予定である。 沖田もドームふじに赴き観測を遂行する。観測は 沖田もドームふじに赴き観測を遂行する。観測は 2 2週間程度であるが今後必要となる基礎データと週間程度であるが今後必要となる基礎データと 科学的な初期成果の取得を目指す。 科学的な初期成果の取得を目指す。 砕氷艦「しらせ」 砕氷艦「しらせ」©極地研

シーイング測定

シーイング測定

星像の位置変化から長時間露光した場合に 星像の位置変化から長時間露光した場合に 得られる空間分解能を測定する 得られる空間分解能を測定する ©極地研

背景ノイズ測定

背景ノイズ測定

得られる空間分解能を測定する 得られる空間分解能を測定する 太陽の散乱光を測定し白夜での赤外線観測 太陽の散乱光を測定し白夜での赤外線観測 雪上車 雪上車 SM100SSM100S ©極地研

金星連続観測

金星連続観測

連続観測の可能性を示し南極オリジナルな 連続観測の可能性を示し南極オリジナルな 太陽の散乱光を測定し白夜での赤外線観測 太陽の散乱光を測定し白夜での赤外線観測 の可能性を探る の可能性を探る 11 11月下旬月下旬 フリーマントルフリーマントル 12 12月中旬月中旬 昭和基地昭和基地 1 1月初～下旬月初～下旬 ドームふじドームふじ 2 2月初旬月初旬 昭和基地昭和基地 ドームふじ基地 ドームふじ基地©極地研 連続観測の可能性を示し南極オリジナルな 連続観測の可能性を示し南極オリジナルな サイエンスを目指す サイエンスを目指す 2010 2010年度の観測では終日太陽が沈まない為、明るい天体のみ観測が可能年度の観測では終日太陽が沈まない為、明るい天体のみ観測が可能 2 2月初旬月初旬 昭和基地昭和基地 3 3月下旬月下旬 シドニーシドニー

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の開発

赤外線望遠鏡の開発

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の開発

赤外線望遠鏡の開発

と性能評価

と性能評価

性能評価

性能評価

東北大学大学院理学研究科天文学専攻

東北大学大学院理学研究科天文学専攻

市川隆研究室

市川隆研究室 博士課程前期

_{博士課程前期22年}

年

沖田博文

沖田博文

2010

2010年

年22月

年

年 月

月22日

月

日修士

修士論文発表会

修

修

論文発表会

論文発表会

論文発表会

1. 

1. 研究背景

研究背景//研究動機

研究動機

2. 

2. 望遠鏡の開発

望遠鏡の開発

望遠鏡の開発

望遠鏡の開発

3. 

3. ‐‐80

80℃

℃冷却実験

冷却実験

4

4 追尾性能の評価

追尾性能の評価

4. 

4. 追尾性能の評価

追尾性能の評価

5. 

5. 導入性能の評価

導入性能の評価

6

6 光学系の評価

光学系の評価

6. 

6. 光学系の評価

光学系の評価

7. 

7. 結論

結論

8. 

8. 将来計画

将来計画

9

1.

1. 研究

研究背景

背景//研究動機

研究動機

1. 

南極

南極(1)

(1)

南極

南極(1)

(1)

概要

概要

気候

気候

概要

概要

・大陸全土が氷雪気候 ・大陸全土が氷雪気候 ・基地において科学調査 ・基地において科学調査 ・白夜と極夜が存在 ・白夜と極夜が存在 高 高

気候

気候

大陸沿岸 大陸沿岸 ・カタバ風・カタバ風((斜面下降風斜面下降風)) ・ブリザード ・ブリザード ・ ・--4040℃℃～～+10+10℃℃ ・平均標高 ・平均標高2,200m2,200m _{内陸高原内陸高原 ・極高気圧帯・極高気圧帯} ・乾燥、無風 ・乾燥、無風 ・極渦 ・極渦 ・ ・--9090℃℃～～--2020℃℃

ドームふじ

ドームふじ

昭和基地

昭和基地

90 90℃℃ 2020℃℃

ド

ふじ

ド

ふじ

極低温・安定した大気・極夜 極低温・安定した大気・極夜

ドーム

ドームA

A

極低温 安定した大気 極夜 極低温 安定した大気 極夜 赤外～サブミリ天文学にとって好条件 赤外～サブミリ天文学にとって好条件

南極点

南極点

ドーム

ドームCC

11

南極

南極(2)

(2)

南極

南極(2)

(2)

極低温

極低温

背景ノイズ 背景ノイズ

極低温

極低温

・背景ノイズ ・背景ノイズ (a) (a)大気が発する赤外線放射大気が発する赤外線放射 (b) (b)望遠鏡が発する赤外線放射望遠鏡が発する赤外線放射 (b) (b)望遠鏡が発する赤外線放射望遠鏡が発する赤外線放射 ・大気中の水蒸気による吸収 ・大気中の水蒸気による吸収 赤 赤 マウナケアマウナケア 青 青 ドームふじドームふじ 大気透過率 大気透過率 市川隆 市川隆(2008)(2008) 市川隆 市川隆(2008)(2008)、、Saunders+(2009)Saunders+(2009) 地球上で最も寒冷な 地球上で最も寒冷な南極南極では地球上で最もでは地球上で最も 但し 但しOHOH夜光は夜光は80km80km上空の高層大気の輝線放射の為上空の高層大気の輝線放射の為 帯 南極 帯 南極 夜夜 ズズ 度度 地球上で最も寒冷な 地球上で最も寒冷な南極南極では地球上で最もでは地球上で最も 低い背景ノイズと最も高い透過率が得られる 低い背景ノイズと最も高い透過率が得られる 温帯と南極で 温帯と南極でOHOH夜光によるノイズ量は同程度夜光によるノイズ量は同程度 Saunders+(2009) Saunders+(2009)

南極

南極(3)

(3)

南極

南極(3)

(3)

安定した大気

安定した大気

地表面でのシーイング 地表面でのシーイング

安定した大気

安定した大気

極高気圧帯 極高気圧帯 「ドーム」と呼ばれる内陸高原の山頂部分 「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 では常に穏やかな下降気流 では常に穏やかな下降気流 では常に穏やかな下降気流 良いシーイング 良いシーイング 低い接地境界層 低い接地境界層 ドーム ドームCCのシーイングのシーイング …… 0.3”0.3” @30m@30m Lawrence+(2004) Lawrence+(2004) ドームふじの接地境界層の高さ ドームふじの接地境界層の高さ … … 18m18m Swain &  Swain & GalleeGallee(2006)(2006) 0.1”0.1”となる接地境界層の高さとなる接地境界層の高さ Swain &  Swain & GalleeGallee(2006)(2006)

極夜

極夜

( ) ( ) 極夜 極夜 … 1… 1日中太陽が昇らない日日中太陽が昇らない日 ドームふじでは約 ドームふじでは約2,0002,000時間時間(90(90日間日間)) 村田千紘 村田千紘 (2009)(2009)、、StrassmeireStrassmeire+(2008)+(2008) 連続観測 連続観測 Swain &  Swain & GalleeGallee(2006)(2006) 13

南極天文コンソーシアム

南極天文コンソーシアム

南極天文コンソーシアム

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 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 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。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。 ((代表代表::中井直正中井直正 筑波大教授筑波大教授)) 東北大学 東北大学 ・・・・・・ 近中間赤外用近中間赤外用2m 2m クラス望遠鏡クラス望遠鏡 筑波大学 筑波大学 ・・・・・・ 10m 10m 級テラヘルツ望遠鏡級テラヘルツ望遠鏡 を計画を計画 2005 2005 南極天文コンソーシアム南極天文コンソーシアム 結成結成 2006 2006 4848次隊に付託してサイト調査次隊に付託してサイト調査 2009 2009 瀬田益道瀬田益道((筑波大講師筑波大講師)) ドームふじ調査ドームふじ調査 SODAR SODAR 009 009 瀬田益道瀬田益道((筑波大講師筑波大講師)) ド ムふじ調査ド ムふじ調査 2010 2010 光学望遠鏡を用いた初めてのサイト調査光学望遠鏡を用いた初めてのサイト調査((予定予定)) ラジオメ タ ラジオメ タ 高遠和尚 高遠和尚(2008)(2008) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ラジオメーター ラジオメーター 本修士論文で述べる 本修士論文で述べる南極南極40cm40cm赤外線望遠鏡赤外線望遠鏡 を用いて を用いて20102010年度の観測を実施予定。年度の観測を実施予定。 筑波大 筑波大HPHP

南極

南極(4)

(4)

南極

南極(4)

(4)

南極の環境

南極の環境

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 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。 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

南極の環境

・最低気温 ・最低気温--8080℃℃ ・湿度 ・湿度100100％％ ・ダイヤモンドダスト ・ダイヤモンドダスト 通常の望遠鏡 通常の望遠鏡

輸送・通信

輸送・通信

・雪上車による年 ・雪上車による年11度の補給度の補給 東北大 東北大51cm51cm望遠鏡望遠鏡 IK IK技研技研HPHP 雪上車による年 雪上車による年11度の補給度の補給 → →輸送量・人員に制限輸送量・人員に制限 ・通信衛星からの通信 ・通信衛星からの通信 → →回線が細い回線が細い 但し、他の地上の天文台と比べれば制約 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 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。 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 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本質的に重要 小型・軽量で 小型・軽量で‐‐8080℃℃でも動作する望遠鏡の開発が南極天文学実現の鍵でも動作する望遠鏡の開発が南極天文学実現の鍵

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡

の開発

の開発

15

Point

Point

1

1

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡(1)

(1)

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡(1)

(1)

AIRT40, the Antarctica 

AIRT40, the Antarctica InfraRedInfraRed Telescope with a 40cm primary mirror Telescope with a 40cm primary mirror 

IK IK技研技研((株株))と共同開発と共同開発 2007 2007年年1212月納品月納品 ・軽量 ・軽量200kg200kg ・ ・66分割して輸送分割して輸送

南極仕様

南極仕様

6 6分割して輸送分割して輸送 ・ ・((--8080℃℃対応対応))

赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡

・副鏡コーン ・副鏡コーン ・トラス鏡筒 ・トラス鏡筒 ・バッフルレス ・バッフルレス 村田千紘 村田千紘 (2009)(2009) 開発中の赤外線カメラ

開発中の赤外線カメラTONICTONIC‐‐IIIIやシーイング測定装置やシーイング測定装置TohokuTohoku‐‐DIMMDIMM

を搭載して を搭載して20102010年度にドームふじのサイト調査と試験観測を行う年度にドームふじのサイト調査と試験観測を行う 村田千紘 村田千紘 (2009)(2009) を搭載して を搭載して20102010年度にド ムふじのサイト調査と試験観測を行う。年度にド ムふじのサイト調査と試験観測を行う。

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡(2)

(2)

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡(2)

(2)

AIRT40, the Antarctica 

AIRT40, the Antarctica InfraRedInfraRed Telescope with a 40cm primary mirror Telescope with a 40cm primary mirror 

南極 南極40cm40cm赤外線望遠鏡は赤外線望遠鏡は‐‐8080℃℃対応・小型・軽量を最優先して開発した対応・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で あり、正しく機能するかわからない。また実際に あり、正しく機能するかわからない。また実際に‐‐8080℃℃で動作するかも確かめられていない。で動作するかも確かめられていない。

2010

2010年度ドームふじ観測概要

年度ドームふじ観測概要

・ ・20102010年年1212月～月～20112011年年11月の月の11ヶ月間ヶ月間

求められる性能

求められる性能

・操作性 ・操作性 ・ ・太陽は沈まない太陽は沈まない((白夜白夜)) ・気温 ・気温 --4040℃ ℃ ～～ --2020℃ ℃ 程度程度 ・高さ ・高さ5m5m程度の土台の上に設置程度の土台の上に設置 ・シーイング測定

・シーイング測定 (Tohoku(Tohoku--DIMM)DIMM)

操作性 操作性 ・耐寒性能 ・耐寒性能 ・追尾精度 ・追尾精度 ・導入精度 ・導入精度 ・光学精度 ・光学精度 ・シーイング測定

・シーイング測定 (Tohoku(Tohoku--DIMM)DIMM) ・金星連続観測

・金星連続観測 (TONIC(TONIC--II)II) ・太陽系惑星ライブラリ

・太陽系惑星ライブラリ (TONIC(TONIC--II)II)

光学精度 光学精度 南極 南極40cm40cm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

南極40

40

赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡

の性能評価

の性能評価

17

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡

の性能評価

の性能評価

_Point

_Point

₂

₂

2.

2. 望遠鏡の開発

望遠鏡の開発

2. 

開発の概要

開発の概要

開発の概要

開発の概要

南極 南極40cm40cm赤外線望遠鏡は赤外線望遠鏡は 8080℃℃対応・小型・軽量を対応・小型・軽量を 今回開発・改造した南極 今回開発・改造した南極40cm40cm 赤外線望遠鏡の概観 赤外線望遠鏡の概観 バッフル バッフル 南極 南極40cm40cm赤外線望遠鏡は赤外線望遠鏡は‐‐8080℃℃対応・小型・軽量を対応・小型・軽量を 最優先 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正しく機能するかわからない。。 また標高 また標高3,810m3,810m、、0.60.6気圧、気圧、‐‐2020℃℃でのでの組み立て・調組み立て・調 整は極めて困難 整は極めて困難だと予想される。だと予想される。

RA

RA軸の改造

軸の改造

バッフル バッフル → → 基本性能の検証と操作性の向上が必要基本性能の検証と操作性の向上が必要

RA

RA軸の改造

軸の改造

・高強度の軸受けに交換 ・高強度の軸受けに交換 ・評価実験 ・評価実験 Dec Dec軸軸モーターモーター ユニット改造 ユニット改造 極軸望遠鏡 極軸望遠鏡 Dec Dec軸軸バランスバランス 運搬ハンドル 運搬ハンドル

操作性の向上

操作性の向上

・極軸調整プレート ・極軸調整プレート RA RA軸軸ウォームウォーム ホイルユニット ホイルユニット 改造 改造 極軸調整 極軸調整 ・ ・DecDec軸モーターユニット軸モーターユニット ・極軸望遠鏡 ・極軸望遠鏡 ・ ・DecDec軸バランス軸バランス ・運搬ハンドル ・運搬ハンドル 極軸調整 極軸調整 プレート プレート 19 搬 搬 ・バッフル ・バッフル

RA

RA軸の改造

軸の改造(1)

(1)

RA

RA軸の改造

軸の改造(1)

(1)

これまでの試験観測や実験から南極 これまでの試験観測や実験から南極40cm40cm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 が が 追追 が確が確 紘紘 いるが、ただ いるが、ただ11点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が確認されていた((村田千紘村田千紘(2009)(2009)))。。 この原因としてこの原因としてソフトソフト ウェアのバグ ウェアのバグ、、RARA軸ウォームホイルユニットの剛性不足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 突き止め南極40cm40cm赤外線望遠鏡が正しく動作することを確かめる。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？ 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駆動モーターのパルス数とパルス周期を測定 トは正しく機能 トは正しく機能 →   →  ソフトは正しく機能ソフトは正しく機能

RA

RA軸の改造

軸の改造(2)

(2)

RA

RA軸の改造

軸の改造(2)

(2)

旧 旧RARA軸ユニット軸ユニット 新 新RARA軸ユニット軸ユニット 旧 旧RARA軸ユニット軸ユニット ジュラルミン削り出し ジュラルミン削り出し 高強度軸受けに変更 高強度軸受けに変更 軸受けが上下 軸受けが上下 カ所に分離カ所に分離 20092009年年55月月 スリップ実験スリップ実験((新ユニット新ユニット)) 軸受けが上下 軸受けが上下22カ所に分離カ所に分離 強度・平行度に不安 強度・平行度に不安 スリップは新 スリップは新RARA軸軸 ユニットでは生じない ユニットでは生じない スリップ実験 スリップ実験((旧ユニット旧ユニット)) スリップ実験 スリップ実験((新ユニット新ユニット)) 2009 2009年年55月月 IK IK技研にて改造技研にて改造 ズレ 量 スリップは スリップはRARA軸の機械的問題が原因軸の機械的問題が原因 時角 改造によって 改造によってRARA軸は正しく機能軸は正しく機能 21 スリップは スリップはRARA軸の機械的問題が原因軸の機械的問題が原因

操作性の向上

操作性の向上(1)

(1)

操作性の向上

操作性の向上(1)

(1)

望遠鏡の設置・調整は標高 望遠鏡の設置・調整は標高3,810m3,810m、、0.60.6気圧、気圧、‐‐2020℃℃以下以下で行われ困難が予想される。で行われ困難が予想される。

極軸調整プレ ト

極軸調整プレ ト

_D

_{D 軸}

軸モ タ ユニット改造

モ タ ユニット改造

→ → 操作性の向上が重要操作性の向上が重要

極軸調整プレート

極軸調整プレート

_Dec

_Dec軸

軸モーターユニット改造

モーターユニット改造

容易な望遠鏡設置を実現 容易な望遠鏡設置を実現 改造前 改造前 改造後改造後 梁モデルを仮定して 梁モデルを仮定して 安全率 安全率1010以上かつ以上かつ たわみ量 たわみ量1mm1mm以下以下 の板厚となるように の板厚となるように 望遠鏡を組み上げた状態 望遠鏡を組み上げた状態 でモーターユニットの脱着 でモーターユニットの脱着 が可能な構造に改造 が可能な構造に改造 作業性が向 作業性が向 の板厚となるように の板厚となるように 開発。 開発。 →→ 作業性が向上作業性が向上

操作性の向上

操作性の向上(2)

(2)

操作性の向上

操作性の向上(2)

(2)

極軸望遠鏡

極軸望遠鏡

バ フル

バ フル

極軸望遠鏡

極軸望遠鏡

バッフル

バッフル

Tohoku DIMM Tohoku DIMM等等 可視光で観測する 可視光で観測する 時に散乱光を低減 時に散乱光を低減

運搬ハンドル

運搬ハンドル

Dec

Dec軸バランス

軸バランス

23

まとめ

まとめ

IK

IK技研と共同開発した南極

技研と共同開発した南極40cm

40cm赤外線望遠鏡は

赤外線望遠鏡は‐‐80

80℃

℃対応・小型・軽量を最優先して開

対応・小型・軽量を最優先して開

まとめ

まとめ

IK

IK技研と共同開発した南極

技研と共同開発した南極40cm

40cm赤外線望遠鏡は

赤外線望遠鏡は 80

80℃

℃対応 小型 軽量を最優先して開

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

発した全く新しい望遠鏡でこれまでの観測からRA

RA軸に不具合があることが知られていた。

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、

そこでソフトウェアの評価、RA

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。

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

また望遠鏡

望遠鏡

設置 調整は標高

設置 調整は標高

気

気

℃

℃

行われる為困難が予想

行われる為困難が予想

また

また望遠鏡の設置・調整は標高

_{望遠鏡の設置・調整は標高3,810m}

3,810m、

、0.6

0.6気圧、

気圧、‐‐20

20℃

℃以下

以下で行われる為困難が予想

で行われる為困難が予想

される。

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。

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

これらの作業の結果、南極40cm

40cm赤外線望遠鏡は

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

望遠

これらの作業の結果、南極

これらの作業の結果、南極40cm

40cm赤外線望遠鏡は

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

望遠

鏡になった。

鏡になった。

3.

3. ‐‐80

80℃

℃冷却実験

冷却実験

3. 

3.  80

80℃

℃冷却実験

冷却実験

冷却実験の概要

冷却実験の概要

冷却実験の概要

冷却実験の概要

南極 南極40cm40cm赤外線望遠鏡は赤外線望遠鏡は‐‐8080℃℃対応で開発されたが実際に対応で開発されたが実際に‐‐8080℃℃で機能するか不明である。また、で機能するか不明である。また、 これまでの実験から これまでの実験から‐‐8080℃℃環境では「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。」では正しく機能しない。 鏡 れまでの実験から れまでの実験から 8080℃℃環境では環境では 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。」では正しく機能しない。 そこで「 そこで「機械単位機械単位」で」で‐‐8080℃℃まで冷却しその挙動を調べた。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。 ‐‐8080℃℃で望遠鏡として機能で望遠鏡として機能 タ 軸受が正しく動作 タ 軸受が正しく動作 副鏡モーター 副鏡ユニット → →モーター・軸受が正しく動作モーター・軸受が正しく動作 Dec軸モーター ユニット 80℃対応 Dec軸 モーター RA軸モ タ FOMBLIN  ZLHTグリース ‐80℃対応 RA軸 タ 軸受 RA軸モーター ユニット ・日本フリーザー CLN 70C 冷凍庫 ソルベイソレクシス(株)HP モーター RA軸ユニット ・日本フリ ザ CLN‐70C 冷凍庫 ・KEYENCE NR‐1000 データロガー ・白金温度計

モーターユニット

モーターユニット

モーターユニット

モーターユニット

ステッピングモ タ に入力されたパルス数 ステッピングモ タ に入力されたパルス数 ((＝同期速度＝同期速度))に回転が追従出来ないと「に回転が追従出来ないと「脱調脱調」が生じ」が生じ ステッピングモーターに入力されたパルス数 ステッピングモーターに入力されたパルス数 ((＝同期速度＝同期速度))に回転が追従出来ないと「に回転が追従出来ないと「脱調脱調」が生じ」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。 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「 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」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 内部抵抗が増大し脱調しやすくなる 粘度の温度依存 粘度の温度依存 内部抵抗が増大し脱調しやすくなる。 内部抵抗が増大し脱調しやすくなる。

モデル化

モデル化

脱調するパルスと温度の関係脱調するパルスと温度の関係 隙間 減少 隙間 減少 Dec 脱 調 Dec 隙間の減少 隙間の減少 α α ～～ 00 RA 調 パ ル ス Tc Tc ～～ ‐‐100100℃℃ RA 温度(K) 3,500[ 3,500[パルスパルス/sec] /sec] 程度であれば程度であれば‐‐8080℃℃でも脱調しないでも脱調しない 27 ※但しFOMBLIN  ZLHTグリースを使用

副鏡ユニット・

副鏡ユニット・RA

RA軸ユニット

軸ユニット

副鏡ユニット・

副鏡ユニット・RA

RA軸ユニット

軸ユニット

RA

RA軸ユニット冷却実験

軸ユニット冷却実験

シャフト・軸受け・ウォームホイルは 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 材質が異なり熱収縮率も異なる 副鏡モーターの回転で副鏡 副鏡モーターの回転で副鏡

副鏡ユニット冷却実験

副鏡ユニット冷却実験

→ →‐‐8080℃℃ではでは隙間調整必須隙間調整必須 を上下させてピントを調整 を上下させてピントを調整 シャフト・ブシュは同一材質 シャフト・ブシュは同一材質 → →隙間調整不要隙間調整不要 隙間調整を行えば 隙間調整を行えば‐‐8080℃℃でも動作可能でも動作可能 脱脂 脱脂//グリスアップグリスアップ//最適な隙間調整によって最適な隙間調整によって‐‐8080℃℃で動作で動作

まとめ

まとめ

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡が

赤外線望遠鏡が‐‐80

80℃

℃で機能するか各機械単位毎に冷却実験を行った。

で機能するか各機械単位毎に冷却実験を行った。

まとめ

まとめ

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡が

赤外線望遠鏡が 80

80℃

℃で機能するか各機械単位毎に冷却実験を行った。

で機能するか各機械単位毎に冷却実験を行った。

RA

RA軸・

軸・Dec

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

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、

事がわかったが、‐‐80

80℃

℃でも

でも

3500[

3500[パルス

パルス/sec]

/sec]

で問題なく回転することが確認できた。

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

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‐‐80

80℃

℃でも問題なく動作し

でも問題なく動作し

副鏡ユニットはシャフト ブシュが同 材質で隙間が減少せず

副鏡ユニットはシャフト ブシュが同 材質で隙間が減少せず 80

80℃

℃でも問題なく動作し

でも問題なく動作し

た。

た。RA

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

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

と‐‐80

80℃

℃では使用できない事がわかった。

では使用できない事がわかった。

よって南極

よって南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の各可動部分は

赤外線望遠鏡の各可動部分はFOMBLIN

FOMBLINグリースを使用して隙間調整

グリースを使用して隙間調整

よって南極

よって南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の各可動部分は

赤外線望遠鏡の各可動部分はFOMBLIN

FOMBLINグリ スを使用して隙間調整

グリ スを使用して隙間調整

を正しく行えば

を正しく行えば

_‐‐80

_80℃

℃でも動作する

でも動作する

ことがわかった。

ことがわかった。

なお 軸 大きさ 冷凍庫 れる が 能 あ た為冷却実験を 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。 29

4.

4. 追尾誤差の評価

追尾誤差の評価

4. 

追尾誤差の概要

追尾誤差の概要

追尾誤差の概要

追尾誤差の概要

南極 南極40cm40cm赤外線望遠鏡は赤外線望遠鏡は 8080℃℃対応・小型・軽量を最優先対応・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で追尾誤差が 南極 南極40cm40cm赤外線望遠鏡は赤外線望遠鏡は‐‐8080℃℃対応・小型・軽量を最優先対応・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。 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 赤道儀 == RARA軸を一定速度で回転させて天体を追尾軸を一定速度で回転させて天体を追尾

追尾誤差の原因

追尾誤差の原因

・設置誤差 ・設置誤差 ・大気差 ・大気差 ・ピリオディックモーション ・ピリオディックモーション ・その他 ・その他((たわみ等たわみ等)) _大気差 RA軸の回転によって天体を追尾 追尾誤差が 追尾誤差が20102010年度のサイト調査・試験観測に年度のサイト調査・試験観測に 求められる精度を有するかどうか検証する 求められる精度を有するかどうか検証する 31 求められる精度を有するかどうか検証する。 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

追尾誤差

追尾誤差((理論式

理論式))

追尾誤差

追尾誤差((理論式

理論式))

1

1分間あたりの

分間あたりのRA

RA方向のエラ

方向のエラ

設置誤差 時角Hp方向に_εp

1

1分間あたりの

分間あたりのRA

RA方向のエラー

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 設置誤差誤差((EpEp,,HpHp))の成分の成分 大気差 大気差((緯度緯度L,L,時角時角H,H,赤緯赤緯δδ))の成分の成分 恒星時追尾恒星時追尾 ピリオディックエラー ピリオディックエラー

1

1分間あたりの

分間あたりのDec

Dec方向のエラー

方向のエラー

その他の成分 その他の成分 大気差 大気差((緯度緯度L,L,時角時角H,H,赤緯赤緯δδ))の成分の成分 設置 設置誤差誤差((EpEp,,HpHp))の成分の成分

追尾誤差の測定

追尾誤差の測定(1)

(1)

追尾誤差の測定

追尾誤差の測定(1)

(1)

15  15 秒間隔で天体を数十回撮像して追尾状態を調べる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

大気差

天体の位置 天体の位置((HH00δδ)) 観測地の緯度観測地の緯度LLから一意に計算可能から一意に計算可能 軸の追尾誤差 軸の追尾誤差 設置誤差設置誤差 大気差大気差 設置誤差の見積もりが可能設置誤差の見積もりが可能 天体の位置 天体の位置((HH00,,δδ))、、観測地の緯度観測地の緯度LLから一意に計算可能から一意に計算可能

設置誤差

設置誤差

Dec Dec軸の追尾誤差軸の追尾誤差 ～～ 設置誤差設置誤差 ++ 大気差大気差 →→ 設置誤差の見積もりが可能設置誤差の見積もりが可能 ] 設置誤差 設置誤差 北に 北に 145 +/145 +/‐‐24 [arcsec]24 [arcsec] の 追尾誤差 [‘’ 北に 北に 145  +/145  +/‐‐24 [arcsec]24 [arcsec] 東 東にに 16.3 +/16.3 +/‐‐16 [16 [arcsecarcsec]] あ たりの Dec 軸 の 33 1 分 あ 時角[rad]

追尾誤差の評価

追尾誤差の評価(2)

(2)

追尾誤差の評価

追尾誤差の評価(2)

(2)

ピリオディックモーション

ピリオディックモーション++その他

その他

ピリオディックモーション ピリオディックモーション ++ その他その他 == RARA軸の追尾誤差軸の追尾誤差 ‐‐ ((設置誤差設置誤差 ++ 大気差大気差)) ピリオディックモーション ピリオディックモーション 観測例 P= 4.3 +/ P= 4.3 +/‐‐ 1.8 [arcsec] 1.8 [arcsec]  尾 誤差 [‘’] ピリオディック ション ピリオディック ション 観測例 RA 軸の追 尾 その他の成分による追尾誤差 その他の成分による追尾誤差 C= 0 38 +/ C= 0 38 +/ 0 58 [arcsec/min]0 58 [arcsec/min] RA RA軸方向軸方向 観測経過時間[min] その他の成分による追尾誤差その他の成分による追尾誤差 Dec Dec軸方向軸方向 その他の成分＝追尾が早くなる傾向 その他の成分＝追尾が早くなる傾向 鏡筒 鏡筒 がが C= 0.38 +/ C= 0.38 +/‐‐ 0.58 [arcsec/min]0.58 [arcsec/min] D= 0.05 +/

D= 0.05 +/‐‐ 0.24 [0.24 [arcsecarcsec/min] /min] 

→

考察とまとめ

考察とまとめ

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の追尾性能を評価した。

赤外線望遠鏡の追尾性能を評価した。

考察とまとめ

考察とまとめ

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の追尾性能を評価した。

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

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」

を評価した結果、「ピリオディックモーション」

P=4.3’’+/

P=4.3’’+/‐‐1.8’’

1.8’’

、

、「その他の

_{「その他のRA}

RA方向の追尾誤

方向の追尾誤

差」

差」

_{C=0 38’’+/}

_{C=0 38’’+/‐‐0 58’’}

_{0 58’’}

であった。「その他の追尾誤差」はその向きから「

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

で

差」

差」

_{C=0.38 +/}

_{C=0.38 +/ 0.58}

_0.58

であった。「その他の追尾誤差」はその向きから「

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

で

あると考えられる。

あると考えられる。

しかしドームふじは南緯

しかしドームふじは南緯77

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

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

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。

ため問題は無い。

筒のたわみによる追尾誤差は

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。

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

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

差を回折限界 (1.4’’@2.2μm)

(1.4’’@2.2μm)の

の20% 

20% とすると現状では

とすると現状では

5.3

5.3～

～29

29秒間の露出が可能

秒間の露出が可能

となる。

となる。

2010

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。

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。

2010

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。

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

よって南極40cm

40cm赤外線望遠鏡は

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

観測で求められる追尾精度を有している

と言える。

と言える。

35

5.

5. 導入誤差の評価

導入誤差の評価

5. 

導入誤差の概要

導入誤差の概要(1)

(1)

導入誤差の概要

導入誤差の概要(1)

(1)

南極 南極40cm40cm赤外線望遠鏡は赤外線望遠鏡は‐‐8080℃℃対応・小型・軽量を最優先対応・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で導入誤差が 南極 南極 赤外線望遠鏡は赤外線望遠鏡は 対応 小型 軽量を最優先対応 小型 軽量を最優先で開発したで開発した全く新し 望遠鏡全く新し 望遠鏡で導入誤差がで導入誤差が 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。 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

天体の導入 == ある天体ある天体(H(H00,δ,δ00))を基準としてを基準としてRARA軸・軸・DecDec軸を必要量だけ回転させて軸を必要量だけ回転させて

目標の天体 目標の天体((H δH δ))に向けることに向けること 目標の天体 目標の天体((H,δH,δ))に向けることに向けること 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

導入誤差の原因

・設置誤差 ・設置誤差 RA軸とD 軸の直交誤差 バックラッシュ ・大気差 ・大気差 ・ピリオディックモーション ・ピリオディックモーション ・

・RARA軸と軸とDecDec軸の直交誤差軸の直交誤差 ・ ・DecDec軸と光軸の直交誤差軸と光軸の直交誤差 RA軸とDec軸の直交誤差 ・バックラッシュ ・バックラッシュ 導入誤差が 導入誤差が 年度年度 サイト調査 試験観測にサイト調査 試験観測に KHKカタログ3008 37 導入誤差が 導入誤差が20102010年度のサイト調査・試験観測に年度のサイト調査・試験観測に 求められる精度を有するかどうか検証する。 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

導入誤差

導入誤差((理論式

理論式))

任意の天体 任意の天体A(A(HHAA, , δδAA) ) でアライメントし、次に任意の天体でアライメントし、次に任意の天体B(B(HHBB, , δδBB) ) を導入したときに生じる導入誤差を導入したときに生じる導入誤差

導入誤差

導入誤差((理論式

理論式))

設置 設置誤差誤差

RA

RA方向の導入誤差

方向の導入誤差

RA

RA軸・軸・DecDec軸の軸の 直交誤差 直交誤差 DecDec軸・光軸の 軸・光軸の 直交誤差 直交誤差 直交誤 直交誤 大気差 大気差 ピリオデ ク ピリオデ ク RARA軸バ クラ シ軸バ クラ シ 設置誤差 時角Hp方向にεp ピリオディック ピリオディック モーション モーション

Dec

Dec方向の導入誤差

方向の導入誤差

p p 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 RA RA軸バックラッシュ軸バックラッシュ 大気差 大気差 設置 設置誤差誤差 DecDec軸バックラッシュ軸バックラッシュ

導入誤差の概要

導入誤差の概要(2)

(2)

導入誤差の概要

導入誤差の概要(2)

(2)

軸と

軸と

軸

軸

直交誤差

直交誤差

バ クラ シ

バ クラ シ

RA

RA軸と

軸とDec

Dec軸の直交誤差

軸の直交誤差

バックラッシュ

バックラッシュ

m in] バックラッシュとは歯車などの機械要素で バックラッシュとは歯車などの機械要素で 運動方向に 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。の事。 この隙間の為 回転を反転した際にバック この隙間の為 回転を反転した際にバック RA 導 入誤差[arc m _{この隙間の為、回転を反転した際にバックこの隙間の為、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。 ラッシュだけ回転が伝達しない。 Dec カタ グ

D

D

軸と光軸の直交誤差

軸と光軸の直交誤差

天体の赤緯(°) 導 様々な赤緯の天体を観測 様々な赤緯の天体を観測 することで直交誤差 することで直交誤差dd のの KHKカタログ3008

Dec

Dec軸と光軸の直交誤差

軸と光軸の直交誤差

min] することで直交誤差 することで直交誤差dd・・ttのの 区別・見積もりが可能 区別・見積もりが可能 導入誤差[arc RA Dec 39 天体の赤緯(°) RA軸・Dec軸 Dec軸・光軸

バックラッシュの測定

バックラッシュの測定

バックラッシュの測定

バックラッシュの測定

天体を 天体を+/+/‐‐60[arcsec]60[arcsec]ずつ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 RA軸は天体の追尾の為に常に回転している為軸は天体の追尾の為に常に回転している為

RA

RA軸バックラッシュ

軸バックラッシュ

Dec Dec軸は天体導入時のみ回転軸は天体導入時のみ回転

Dec

Dec軸バックラッシュ

軸バックラッシュ

RA RA軸は天体の追尾の為に常に回転している為、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 バックラッシュによる導入誤差は原理的に生じない。。 [‘’] 観測例 観測例 Dec Dec軸は天体導入時のみ回転軸は天体導入時のみ回転 → →ギヤがギヤがかみ合った状態かみ合った状態ととかみ合っていない状態かみ合っていない状態 置 [‘’]

↓

↓

R A 方向の位置 D ec 方向の位 置

↑

↑

観測経過時間[min] R 観測経過時間[min] D RA  RA 軸バックラッシュ軸バックラッシュ ‐‐3.6 +/3.6 +/‐‐ 14 [arcsec] 14 [arcsec]  Dec Dec 軸バックラッシュ軸バックラッシュ RA 

RA 軸軸 Dec Dec 軸軸

Dec 

Dec 軸バックラッシュ軸バックラッシュ ‐‐86+/86+/‐‐ 3.8 [arcsec] 3.8 [arcsec] 

直交誤差の測定

直交誤差の測定

直交誤差の測定

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

様々な赤緯の天体を導入し撮像することでRARA軸・軸・DecDec軸・光軸の直交誤差を求める。軸・光軸の直交誤差を求める。

設置誤差 設置誤差 大気差大気差 る導る導 誤差をあらかじめ差誤差をあらかじめ差 きき 設置誤差 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、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 ピリオディックモーション・・バックラッシュバックラッシュ・・シーイングシーイングを測を測 定誤差として 定誤差としてRARA軸方向の導入誤差を示す。軸方向の導入誤差を示す。 軸 軸 軸の直交誤差軸の直交誤差 差 [ar csec] RA

RA軸・軸・DecDec軸の直交誤差軸の直交誤差dd

87 +/ 87 +/‐‐ 21 [arcsec]21 [arcsec] Dec Dec軸・光軸の直交誤差軸・光軸の直交誤差 tt 320 +/ 320 +/‐‐ 29 [arcsec] 29 [arcsec]  向 の導入誤 差 天体の赤緯[°] RA 軸方 向 41

考察とまとめ

考察とまとめ

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の導入性能を評価した。

赤外線望遠鏡の導入性能を評価した。

考察とまとめ

考察とまとめ

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の導入性能を評価した。

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

望遠鏡のギヤの隙間である「バックラッシュ」はDec

Dec軸方向で

軸方向で

‐‐86’’+/

86’’+/‐‐3.8’’

3.8’’

程度存在するこ

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

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

RA軸方向でも

軸方向でも‐‐3.6’’+/

3.6’’+/‐‐14’’

14’’あったが

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。

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。

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。

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

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

ラッシュ・シーイングを測定誤差としてRA

RA軸方向の導入誤差を測定した結果から、

軸方向の導入誤差を測定した結果から、RA

RA軸・

軸・

Dec

Dec軸の直交誤差

軸の直交誤差

87’’+/

87’’+/‐‐21’’

21’’

、

、Dec

Dec軸・光軸の直交誤差

軸・光軸の直交誤差

320’’+/

320’’+/‐‐29’’

29’’

であることがわかった。

であることがわかった。

Dec

Dec軸の直交誤差

軸の直交誤差

87 +/

87 +/ 21

21

、

、Dec

Dec軸 光軸の直交誤差

軸 光軸の直交誤差

320 +/

320 +/ 29

29

であることがわかった。

であることがわかった。

よって導入誤差は最大で約

よって導入誤差は最大で約500’’

500’’～

～88分角程度あることになる。

分角程度あることになる。

ところで

ところで2010

2010年度の観測に用いる

年度の観測に用いるTONIC

TONIC‐‐II

IIは

はφ30

φ30’’の視野を有しており、今回測定された導

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

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

40cm赤外線

赤外線

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

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

40cm赤外線

赤外線

望遠鏡は

望遠鏡は

観測で求められる導入精度を有している

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。

と結論づけることができる。

6.

6. 光学系の評価

光学系の評価

6. 

6. 光学系の評価

光学系の評価

光学シミュレーション

光学シミュレーション

光学シミュレーション

光学シミュレーション

光学系 光学系((主鏡・副鏡・観測装置主鏡・副鏡・観測装置))が正確に取り付けていないと性能をが正確に取り付けていないと性能を100%100%発揮できない。発揮できない。 そこで光学シミ レ シ ンソフト「 そこで光学シミ レ シ ンソフト「_ZEMAXZEMAX」を用いて光軸ズレの影響を検証する」を用いて光軸ズレの影響を検証する 光軸が正しい時 そこで光学シミュレーションソフト「 そこで光学シミュレーションソフト「_ZEMAXZEMAX」を用いて光軸ズレの影響を検証する。」を用いて光軸ズレの影響を検証する。 副鏡傾き1’ 主鏡ズレ0.5mm 主鏡 副鏡の位置ズレ 主鏡の傾き誤差 主鏡 副鏡の位置ズレ 主鏡の傾き誤差 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・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 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[‘’]

ハルトマンテスト

ハルトマンテスト

ハルトマンテスト

ハルトマンテスト

原理

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 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。 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 焦点面での光軸からのズレ → →収差ベクトル収差ベクトル 収差ベクトルの平均値 収差ベクトルの平均値 ルトマン定数 ルトマン定数 [[ ]] 南極40cm赤外線望遠鏡に → →ハルトマン定数ハルトマン定数 TT[arcsec][arcsec] _{取り付けたハルトマン板}鏡

測定結果

測定結果

ハルトマン定数 ハルトマン定数 TT == 0.59’’0.59’’ 収差ベクトルの傾向 収差ベクトルの傾向 → → コマ収差？コマ収差？

測定結果

測定結果

南極 南極40cm40cm赤外線望遠鏡赤外線望遠鏡 + TONIC+ TONIC‐‐IIII 空間分解能 空間分解能 1.4’’1.4’’ @2.2μ[email protected]μm [ ] 45 スポットダイアグラム 収差ベクトル 空間分解能 空間分解能 1.41.4 @2.2μm @2.2μm  ピクセルスケール ピクセルスケール 0.86’’0.86’’ [μm]

考察とまとめ

考察とまとめ

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の光学系を評価した。

赤外線望遠鏡の光学系を評価した。

考察とまとめ

考察とまとめ

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡の光学系を評価した。

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

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。

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

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’’

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、

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

光軸が正しくない

ことを

ことを

意味する。

意味する。

光軸合わ

は観測者

経験と勘 行われ 完全

光軸合わ

は観測者

経験と勘 行われ 完全

する とは

する とは

能 ある し

能 ある し

光軸合わせは観測者の経験と勘で行われ、完全に

光軸合わせは観測者の経験と勘で行われ、完全に00にすることは不可能である。し

にすることは不可能である。し

かし南極

かし南極40cm

40cm赤外線望遠鏡

赤外線望遠鏡+TONIC

+TONIC‐‐IIIIの回折限界は

の回折限界は

1.4’’@2.2μm

1.4’’@2.2μm

であり、今回測定

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

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

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡は観測で求められる

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

と結論づ

南極

南極40cm

40cm赤外線望遠鏡は観測で求められる

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

と結論づ

けられる。

けられる。

7

7 結論

結論

7. 

7. 結論

結論