山田良透京都大学大学院理学研究科

全般 位置天文の精度とデータ解析 ミッション紹介

F. Mignard, Michelson Summer School, Caltech Jul 2005

JASM

INE,

GA

IA,O

BSS

GAIA

HIPPARCOS

FAME

DIVA

JASMINE

SIM

失われた 10年

Nano-JASMINE

OBSS

MAPS

現在 2010 20151990 2000 2020

1 mas 級

100 μas 級

10 μas 級

ILOM

日本

米国

欧州

VERA( 地上 )

月の物理学

パスファインダー

近傍変光星

銀河の物理系外惑星系の物理

VERA ⇒ 基本定数 (R0, Θ0, ・・・ )

JASMINE

GAIA, OBSS

HIPPARCOS が明らかにした領域

ILOM1μ 秒への橋渡し

全般 位置天文の精度とデータ解析 ミッション紹介

精度 =σ, 口径 =D, 波長 =λ, ミッション期間 =t,ミッション領域 =Ω, 視野面積 =ΩFOV , 効率 =ε

σ2=( 回折限界 )2 / ( 光子数 ) σ∝ λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV

1/2ε1/2)

∝ (λ/D)2 ∝ D2 t (ΩFOV/Ω)×ε

•大きな口径•長いミッション期間•広い視野•高い効率•狭いミッション領域

この他に、さまざまなシステムノイズを除去する必要あり

星像中心のみを観測

スキャン衛星 干渉計汎用

望遠鏡

JASMINE

MAPS

SIMOBSS

GAIA

HIPPARCOS

Nano-JASMINE

口径を大きく

σ∝ λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2ε1/2)

基線長を大きく

σ∝ λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2ε1/2)

ε ～ 0.008シーケンシャル

～ 0.6並列

σ∝ λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2ε1/2)

ミッション領域を限定

x0 + μ t + π sin t = (1+δ)ξ + a0

プレートの目盛 ξ 、プレートパラメータ δ 、 a0

位置天文パラメータ x0 、 μ 、 π

年周期および時間に対して線形の δ 、 a0 の変動は解けない⇒バイアス

運動則による星の位置 = 観測値を補正した星の位置

数千万個の星、数百万のプレート、数百億の観測

衛星の回転は地球回転に比べ不安定 視野連結による視野位置 = 衛星姿勢推定

大円上の大角度離れた二視野の同時観測 視野連結の誤差蓄積を抑制 回転擾乱を分離 大角度相対角の高精度測定⇒絶対アストロメトリ360° の利用

www.jasmine-galaxy.org/

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{

共通する星は不動

Basic angle は不動ψ1,θ1,φ1,γ ψ2,θ2,φ2,γ

姿勢再構築

大円に沿った座標導出

星像中心の解析

大円を結合し位置天文パラメータ

導出

星が静止

星が静止

姿勢再構築

•Rights and wrongs fo the Hipparcos data – A critical quality assessment of the Hipparcos catalogue, van Leeuwen, F. A&A 439 805-822(2005)•A new reduction of the raw Hipparcos data, van Leeuwen, F. and Fantino, E., A&A 439 791-803(2005)•Varidation of the new Hipparcos reduction, van Leeuwen, F. A&A (2007)

新しいカタログの出版Hipparcos, the new reduction of the raw data , van Leeuwen, F.(Dordrecht: Springer, 2007)

抑える 太陽方位角を変えない、高安定素材

測定する : 高精度・高安定な物差し 絶対変わらないものを物差しにする (1 周

=360°)QSO⇒ 「動かない」という事実は使える

解く 縮退しない擾乱については解ける 地球 ( 月 ) 回転モデル詳細な衛星モデル (HIPPARCOS 再解析 )詳細なプレートモデル (HST)

手法 視野内の星が多ければ、ビーム混合鏡に頼らなく

ても精度よくパノラマ写真が合成できる 実績

地上 過去のプレートを CCD に読み込んでデジタル処理

⇒ 100 年スパンの固有運動計測 (IAU commission 8でも WG)

HUBBLE⇒クラスター周辺 計画

JASMINE⇒ バルジMAPS

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ψ1,θ1,φ1,γ ψ2,θ2,φ2,γ

高星密度 ( バルジなど )⇒ 高精度で視野結合⇒ Ωを小さくできる

時間的に不変な基準： Calibration が困難HIPPARCOS は一周 360 度の事実を利用不動点 (QSO) の利用

大角度離れた相対距離が測定されない不動点を使わず絶対アストロメトリを行うには、

数倍から 1 桁高精度の観測が必要 太陽方位角一定の観測ができない

HIPPARCOS ・ GAIA の scan 則は太陽方位角一定

全般 位置天文の精度とデータ解析 ミッション紹介

Sun-Earth L2点 2011 年 12 月

launch2030kg 、ソユーズ

ESA2006/3/20

Phase B2/C/D移行 V<20 15 ～

20μas@V=15 全天サーベイ

www.ari.uni-heidelberg.de/gaia/Vorlesung/vorl02-einfuehrung2.ppt

制御系FEEP( イオンエンジ

ン ) による姿勢制御 熱

一体型総 SiC の光学ベンチ

太陽方位角一定scan

通信Phased array

anthenna

位置天文1.4×0.5m主鏡 ×2M4ビーム混合

鏡、 99.5°10 億星50 万の

QSO(V<20)reference frame

スペクトル847-874nm

中帯域測光320-1000nm

View of Beam Combiner along optical axis(i.e., -x direction)

1.5 m

1.5

m (

tota

l) 0.5 m

0.5 m

0.5 m

bc1

bc2

bc3

Z

Y

Z

Y

a1

a2a3

~50 deg

~105 deg

1.5 m x 0.5 m 1.5 m x 0.5 m

1.5 m x 0.5 m

1.5 m x 1.5 m square45 m focal lengthOff-axis parabolic

Primary

Y

X

Y

X

Fairing control volume

Atlas Vfairing controlvolume allocation

4.9

m (

tota

l)

4.6 m

3.0 m

1.9 m

Instrument

Bus

Z

X

Z

X

Cross section along opticaland spin axes plane

bc2

1.5 m Primary

1.3 m Secondary

4.6 m diameter

2.2 m from s/c spin axis

4.6 m3.0 m height

bc1

bc3

Bus

InstrumentFold flats& Tertiary

bc1

bc3

X

Z

Y

Z

Y

Focal plane

Cross section along aperture plane

Spacecraft spin axis

Fairing control volume

bc2

ad.usno.navy.mil/OBSS/presentations/OBSS_wide_field_surveys_f.ppt

構造系 内部構造・機器配置

15:25 ～菅沼さん

http://planetquest.jpl.nasa.gov/SIM/sim_index.cfm

σ∝ λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2) 地球追跡軌道

SST⇒ デルタロケット 干渉計、 9m 基線長 無期延期 1 ～ 4μas@V=20

Systematic error < 0.1μas 約 1 万星 (V<20)

1000 個の Grid Star をもとに 0.3m主鏡 5 年半～ 10 年

An artist’s impression of ILOMPZT (Photographic Zenith Tube) for ILOM

SPIE 2006 T. Yano

写真天頂筒水銀を鏡に使い水平面を得る

15:40 ～ 花田さん月の回転パラメータを1mas 精度で測定

σ∝ λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2)

ミッション領域を制限して、高精度を実現 プレート張り合わせ法 (=stareモード ) バルジの σ/π<0.1 の星の数 100 万個

(GAIA は 400 個 )

15:05 ～矢野さん

今後の高精度アストロメトリ10μ 秒角⇒われわれの銀河に手が届く スペース計画に期待 ( 日・米・欧 )

これからやるべきこと10μ 秒角のもたらすサイエンス

より具体的に評価することで、プロジェクトを後押し 解析手法

まだやるべきことが残っている 部分観測⇒今後の高精度アストロメトリにつながる

衛星・月のダイナミクスのモデル化 位置天文で地球回転・大陸移動・・・

σ∝ λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2ε1/2)