岡山188cm望遠鏡の新しい多色撮像カメラ
MuSCATの開発とそのサイエンス	

成田憲保（国立天文台）	  ほかMuSCATチーム	  1	

目次	• トランジット惑星の透過光分光と多色同時測光観測	  	  • 開発中の観測装置(MuSCAT)のスペック等	  • 今後のスケジュールとアップグレード計画	

2	

トランジット惑星の大気の観測	
トランジットを利用した透過光分光・測光観測�star

トランジットの減光の深さは惑星大気の組成を反映して、�
波長(吸収線や観測バンド)ごとに異なる�

透過光スペクトルの例	
• 赤：太陽組成のHowe	  &	  Burrows	  (2012)より	晴れた空	  • 緑：太陽組成のもや（ヘイズ）のかかった空	  • 青：大気がない
あるいは完全に雲に覆われた空	4	透過光分光観測の方法論	• さまざまな方法でトランジットを観測し、その深さの波長依存性を調べる	  Ø 多色測光観測（小〜大口径望遠鏡+撮像装置）	  Ø 多天体分光・測光観測（大口径望遠鏡+多天体分光器）	  Ø 高分散分光観測（大口径望遠鏡+高分散分光器）	  • 多色測光観測は観測時間の豊富な中小口径望遠鏡で可能	  – なぜ中小口径望遠鏡が大事なのか？	  CharDetection

今後のトランジット惑星大量発見の時代	
第1世代サーベイ

2006.12.27-2013.6.24

CoRoTCOnvection ROtation etTransits planétaires

第2世代サーベイ

2014-2024

Kepler2 PLATO
2017

2009.3.7-

PLAnetary Transits andOscillations of stars

TESS

Kepler

PLATO Assessment Study Report

Transiting Exoplanet
Survey Satellitepag

1990.4.24-

Hubble 2003
Spitzer.8.25-

6	Figure 5.4: Schematic comparison of observing approaches. Blue squares: CoRoT target fields in the galactic c
and anti-centre direction. Upper left corner (yellow): the Kepler target field. Large squares: size of the PLATO fi

全天トランジットサーベイ計画：TESS	

ケプラーの後継機として2013年4月にNASAに認められた衛星計画	  現状では2017年8月に打ち上げ予定	

TESSの観測する場所	
24°$
eclip&c'
pole'

96°$

eclip&c'la&tude'6°'

igure 7. Left.—The instantaneous combined field of view of the four TESS cameras. Middle.—Division of the celestialphere into 26 observation sectors (13 per hemisphere). Right.—Duration of observations on the celestial sphere, taking
nto account the overlap between sectors. The dashed black circle enclosing the ecliptic pole shows the region which JWST
ill be able to observe at any time.

太陽系の中の地球の公転面（黄道面）に	  垂直な部分を重点的に観測する	

ownlink using NASA’s Deep Space Network. In addition, momentum unloading is occasionally needed due toTESSで発見が期待される惑星	
l 太陽系近傍の明るい恒星の惑星	  (I等級	  4-­‐13	  mag)	
l 検出可能な惑星の周期	  – １領域の観測は27日程度	  -­‐>	  確実に発見できるのは周期〜9日以下	  – 特別な領域では周期〜120日以下の惑星まで発見可能	  – 地球型惑星・スーパーアースがおよそ500個程度発見される見込み	  – およそ65光年以内の低温度星で	  8±3	  個のハビタブル地球型惑星の発見が期待されている	  l TESSはトランジット発見型のプロジェクト	  →	  その惑星の性質を調べるフォローアップ観測が重要	  ü 面白い惑星を中小口径望遠鏡で選別し、大口径望遠鏡の観測へ	  中小口径望遠鏡でのフォローアップに望ましい仕様	• トランジットを高精度で相対測光観測するには良い比較星が必要→なるべく広視野	  • 惑星大気のモデルを判別するにはさまざまな波長の観測が必要→多色	  • 恒星の黒点などによる変光の影響を受けないようにする→同時	  Ø 本研究には広視野多色同時撮像カメラが特に望ましい	  Ø 2012年9月に開催した研究会での議論をもとに、岡山188cm望遠鏡用の広視野多色同時撮像カメラを提案	10	

科研費・基盤A（平成25年度〜平成28年度）	
•研究代表者	  – 成田憲保・国立天文台（全体総括）	  •研究分担者	  – 生駒大洋・東京大学准教授（理論研究統括）	  – 泉浦秀行・岡山観測所所長（188cm望遠鏡への装置受入）	  •連携研究者	  – 関根康人・東京大学講師（理論研究）	  – 玄田英典・東京工業大学准教授（理論研究）	  – 福井暁彦・岡山観測所研究員（装置開発、観測・解析）	  – 佐藤文衛・東京工業大学准教授（観測・解析）	  – 柳澤顕史・岡山観測所助教（装置開発助言）	  – 永山貴宏・鹿児島大学准教授（装置開発助言）	  – 塩谷圭吾・宇宙科学研究所助教（装置開発助言）	  – 田村元秀・東京大学教授（装置開発助言）	  – 栗田光樹夫・京都大学准教授（望遠鏡開発助言）	  •研究協力者	  – 日下部展彦・国立天文台専門研究職員	  – 鬼塚昌宏、笠嗣瑠・総研大大学院生、川島由依・東大大学院生	  新しく開発中の観測装置：MuSCAT	
• 装置名称：MuSCAT	  – MulI-­‐color	  Simultaneous	  Camera	  for	  studying	  Atmospheres	  of	  TransiIng	  planets	  • 開発状況	  – 光学系＋筐体：入札・発注完了	  – CCD：入札・発注完了	  – ダイクロイックミラー：仕様決定、見積り完了、8/8発注	  – フィルター：Sloan	  Gen	  2	  ﬁlters	  (g’2,	  r’2,	  I’2,	  z_s)	  購入	  – インターフェース：仮仕様決定、見積り準備中	  – 台車：仮仕様決定、見積り準備中	  – ソフトウェア：CCD開発元からSDKを受領、開発中	  12	

装置構造とスポットダイアグラム	 NN ࡢ࡜ࡁࡣ ᅄ㝮ࡀࢣࣛࣞࡿ

㻻㻭㻻㻝㻤㻤ᮃ㐲㙾ഃྲྀ௜㠃

NN ࡢ࡜ࡁࡢど㔝  

NN ࡢ࡜ࡁࡢど㔝  ᮃ㐲㙾䡚᧜ീ⿦⨨䛾᥋⥆䜲䞁䝍䞊䝣䜵䞊䝇㻲ኚ᥮䛚䜘䜃ග㊰ᢡ䜚᭤䛢㒊㻯㻯㻰䜹䝯䝷㻯㻯㻰䜹䝯䝷䝎䜲䜽䝻䜲䝑䜽䝭䝷䞊䛻䜘䜛㻟Ἴ㛗ᇦศ๭㒊䜸䝣䝘䞊䝸䝺䞊ගᏛ⣔㒊㻯㻯㻰䜹䝯䝷㻙㻌㻛㻌㻙㻞㻜㻝㻠㻚㻜㻞㻚㻞㻣㻚J ග㊰ࡢࢫ࣏ࢵࢺࢲ࢖࢔ࢢ࣒ࣛග㊰ࡢࢫ࣏ࢵࢺࢲ࢖࢔ࢢ࣒ࣛ㻭㻟㼀㻚㼅㻚ከⰍ᧜ീ⿦⨨䈜㻯㻯㻰䜹䝯䝷䛿ḟ䛾㻌㻟✀䜢ྲྀ䜚௜䛡ྍ⬟᪥௜ᑻᗘ䚷䞉㻌㻼㼞㼕㼚㼏㼑㼠㼛㼚㻌㻵㼚㼟㼠㼞㼡㼙㼑㼚㼠㼟⏝⣬ࢧ࢖ࢬసᅗ䚷䞉㻿㼜㼑㼏㼠㼞㼍㼘㻌㻵㼚㼟㼠㼞㼡㼙㼑㼚㼠㼟ྡ⛠䚷䞉㻭㼚㼐㼛㼞඲యᵓ㐀እほᅗ䛣䜜䜙䛾䛖䛱ᶵᲔⓗ䛺ᵓ㐀ᖸ΅䛜᭱䜒㞴䛧䛔䛾䛜ᅗ␒ࢫࢣ࣮ࣝ㸸ྛṇ᪉ᙧࡀȣP㸻DUFVHF
㻭㼚㼐㼛㼞㻌䛾䛯䜑䚸ᮏᅗ㠃䛷䛿඲䛶㻌㻭㼚㼐㼛㼞㻌䛷䚷సᅗ䛧䛶䛒䜛㻯㻼㻜㻜㻡㻞㻙㻾㻼㻝㻠㻜㻞㻙㻜㻝Ἴ㛗㸸ȣP ⣸ ࠊȣP 㟷 ࠊȣP ⥳ ࢜ࣉࢺࢡࣛࣇࢺ

13	

装置寸法	
㻡㻜㻟㻤㻢㻥

㻝㻜㻤㻥

㻝㻡㻡㻜

㻡㻜㻟

台車部分は着脱式とし、観測時は取り外す	
14	

フィルターとダイクロイックミラー	

g’2,	  r’2,	  I’2,	  z_s	  の	  4枚を用意（フィルターは手動着脱式）	  g’2とI’2、I’2とr’2の間で波長を分けるダイクロイックミラーを発注	
15	

Princeton	  Instruments	  PIXIS	  1024	  CCD	CCDは裏面照射型のフリンジ対策あり（B_eXcelon）を2台	  フリンジ対策なし（B）を1台購入	

16	

装置スペック一覧（MITSuMEと比較）	
観測装置	

MuSCAT	

MITSuME	

望遠鏡口径	

188	  cm	50	  cm	

カメラ	

Princeton	  Instruments	  PIXIS1024B,	  1024B_eX	

Apogee	  Alta	  U6	CCD	e2v	  CCD47-­‐10	

KODAK	  KAF-­‐1001E	

視野	5.9	  arcmin	26	  arcmin	

ピクセルスケール	

0.35	  arcsec	

1.5	  arcsec	

ピクセルサイズ	

13.3	  um	24	  um	

読み出し時間	〜3秒（2x2	  binning）	〜3秒	  (1x1	  binning)	

同時観測波長	g’2,	  r’2,	  z_s	g’,	  Rc,	  Ic	

口径、CCD量子効率、フィルターなどで〜25倍の効率向上	

17	

今後のスケジュール	• 2014/8：CCDのデモ機でのダーク・フラット・非線形性試験	  • 2014/9中旬：CCDとダイクロイックミラーの納品	  • 2014/9-­‐11中旬：本番用CCDの試験と読み出しソフト試験	  • 2014/11中旬：光学系・インターフェース・台車納品	  • 2014/11中旬〜12月中旬：ATCで装置組み立て・調整	  • 2014/12中旬：岡山に輸送	  • 2014/12/24：装置搭載試験、試験観測	  18	

アップグレード計画１（広視野化）	
 NN ࡢ࡜ࡁࡣ ᅄ㝮ࡀࢣࣛࣞࡿ

NN ࡢ࡜ࡁࡢど㔝  NN ࡢ࡜ࡁࡢど㔝  • CCDカメラをPIXIS2048にアップグレードすれば、視野12.2分角の広視野カメラとなる	  • 必要費用は約2700万円	  • 基盤Aの予算で可能	J ග㊰ࡢࢫ࣏ࢵࢺࢲ࢖࢔ࢢ࣒ࣛග㊰ࡢࢫ࣏ࢵࢺࢲ࢖࢔ࢢ࣒ࣛ
ࢫࢣ࣮ࣝ㸸ྛṇ᪉ᙧࡀ ȣP㸻DUFVHF
Ἴ㛗㸸ȣP ⣸ ࠊȣP 㟷 ࠊȣP ⥳ 19	

アップグレード計画２（赤外同時化）	
• もともとMuSCATは可視・

近赤外6色撮像カメラを目指していた	  • 近赤外チャンネルに低分

ྍどග㊰

ᖹ㠃࣑࣮ࣛ

散分光機能を持たせた


可視3色・近赤外分光同時観測装置の方がサイ┿✵❆ࢲ࢖ࢡࣟ࢖ࢵࢡ࣑࣮ࣛྍど཯ᑕ㸭㉥እ㏱㐣)XVHG 6LOLFDW PPZHGJH エンスとして良いという声㉥እග㊰がある	  • 6色でも分光でも基盤Sがᑻᗘ

᪥௜

  

సᅗ$7<ྡ⛠2$2FPᮃ㐲㙾⏝ FK᧜ീගᏛ⣔᧜ീ⿦⨨㒊ศග㊰ᅗ

⏝⣬ࢧ࢖ࢬ

必要	

ᅗ␒

&3237

࢜ࣉࢺࢡࣛࣇࢺ20	

その後の運用について	
• 2015年から188cm望遠鏡のPI装置として利用	  • 装置自体はF変換光学系を入れ替えることで他の望遠鏡に移設が可能	  • 多数のターゲットの観測を行うため、より多くの観測時間が得られる望遠鏡で活用していきたい	  21