南極中口径赤外線望遠鏡
Antarctic  Infrared  Telescope  (AIRT)市川隆
東北大学理学研究科天文学専攻

南極の卓越した天文環境を生かし、大学間連携、国立天文台、国立極地研究所の協力を得て以下の研究を行う

昭和基地

新ドームふじ基地Ø スーパーアースを持つ多惑星系のトランジット連続観測による系外惑星の大気構造の研究
Ø テラヘルツ望遠鏡と共同観測によるダストに覆われたhigh-­zスターバースト銀河の広域探査と星生成活動の研究Ø ヘテロダイン赤外線分光器による惑星の大気循環構造の研究

ドームふじ基地の環境

望遠鏡と観測装置

南緯77度19分01秒 東経39度42分12秒(昭和基地から約1000km内陸)
標高 3810m、気圧0.6
年平均気温-54℃、最低気温-80℃
年平均水蒸気量0.25mmPWV 、冬期0.15mm
晴天率 85%、快晴率68%
平均風速5.8m

口径2.5m望遠鏡
超軽量新技術架台、軽量ドーム
極寒に耐える仕様

赤外線ヘテロダイン分光器
波長10μm超高分解能10 7-8

赤外線広域撮像分光装置7分角×7分角×3色＋低分散
波長1μm-5μm

中間赤外線撮像装置
高さ11mに設置した小型望遠鏡で、世界で最も星の瞬きが少ない場所であることが判明しま した。高さ10m余
りのタワーの上に望遠鏡を作ると、世界最高性能が得られます

極限環境での安全安心ロボティクス
技術を使って日本からリモートで制御・観測を行います
独創的なサイエンスを開拓するため 、干渉計など新技術の装置が開発されます

雪面の上に立てるため、極地工学研究者と共同で開発します

東北大学
理学研究科
天文学専攻
惑星プラズマ・大気研究センター
地球物理学専攻・惑星大気物理学分野
工学研究科
航空宇宙工学専攻・宇宙探査工学分野
都市・建築学専攻・地域環境計画分野
筑波大学
国立天文台
国立極地研究所
南極天文コンソーシアム

Ø Dusty  Star  Burst  Galaxies  Hershel  galaxy  at  z=6.5

Riechers+  2013

1 hour  integration

10m  THz  telescope
Confusion   limitSPICAAIRT2.4μm,  S/N=5  (1  hour)ALMAØ 太陽系惑星の大気構造• 中間赤外線ヘテロダイン分光

Nakagawa+  2013

• λ= 7-­13μm,  (17μm)• R =  106-­7• Band  Width  1GHz  mixing  ratio,  velocity,  pressure,  excitation  condition,  temperature,  and  the  vertical  information  of  H2O,  CO2,  O3,  CO,  HO2,  ...

Hiroshima   1.5m  telescopeØ トランジット観測によるTransmission   Spectroscopy

Transmission  spectroscopy
大気成分、散乱

吸収放射

赤外線:  温度
可視光:  散乱大気を持つスーパーアースについての観測例はごくわずか(1~3例)

Kepler衛星などで、地球に近い質量のsuper  Earthが多数発見されているが、そのほとんどは主星に近いrocky惑星。しかし大気を持つと思われるものがある。低質量星の惑星ではトランジット観測などで、大気のモデルや成分を観測する試みが始まった。

Barrard  et  al.  2013

スーパーアースGJ  1214bの大気構造
成田 2013Light  gas(large  scale  hight)

Heavy  gas(small  scale  hight)  Patchy  distribution(clouds)

Model  prediction
Depth  ~  0.01  – 0.1  %  0.1  ％0.01％

Benneke  &  Seager  2013)

GJ  1214b
水蒸気大気?
低分散分光、測光トランジット
Narita+  2013

近赤外線には多くの分子 (H2O,CO2,CH4…)吸収Hubble望遠鏡による最近の高精度観測
雲の大気
Kreidberg+  (2014)

分光分解能~70
12  transitsの重ね合わせ
誤差30ppm

唯一、衛星での分光トランジットEChO
Cosmic  Vision  2015-­2025  Plan M3  candidate

近・中間赤外線分光トランジット観測衛星
2022-­24?
0.55-­11.0μm、10-­4の精度

4年の運用

地上で10-­4のコントラストを達成できるか
starstar-­planet

分光トランジット観測に必要な要素

Deeg  (2013)Ø高いS/N          (Sが大きい and/or    Nが小さい)Ø高い透明度Ø安定した大気Ø長期間連続観測Ø専用望遠鏡
Ø高精度の望遠鏡・観測装置

Ø 2.5m  赤外線望遠鏡

京都大学の岡山3.8mの技術

約5億円

Okayama  3.8m  telescope
New  technology  of  telescope  mount
Kurita+  (2009)• Light  weight  • Easy  to  assemble

昭和基地
Dome F(3810m)

なぜ南極で赤外線観測
既存の技術で、南極の好環境を生かす

2013年1月のドームふじ基地

極地研南極ドームふじ基地の天文観測所

ドームは常に高気圧帯で大気が安定リッジA
新ドームふじØ サイト調査 2006-­2013
大気擾乱

month
SODAR  (NOAJ)

Takato  (2006)

SNODAR  (UNSW)

シーイング観測

温度勾配Ø高い大気安定性
大気の擾乱
ドームふじの夏

0.2”以下のシーイング

Okita+  2014
ドームふじの冬

冬は0.25”(可視光)のシーイング
1.25μm以上では回折限界

上空大気の安定性
冬のドームC

Agabi+ 2005

大気の擾乱は大半が接地境界層の中で起きている

大気の水蒸気量の変化
Ridge  Aでの最近の810GHz観測
APEX  (Chajnantor)  2012
APEX  (Chajnantor)  2013
Ridge  A,  2013

冬のmeidan  0.13mm
30%は0.1mm以下

Kulesa (2013)Ø高い透明度
第1食トランジット

SuperEarth

第2食による大気温度

南極でも不透明な波長

Hot  JupiterØ 低い大気赤外線放射
すばる望遠鏡との感度比較

Point  sources  with
1  hour  integration
S/N=5Subaru

AIRT
0.2”

0.12”
回折限界0.24”

すばるより良い感度
ハッブル望遠鏡と同じ解像度

Ø 6ヶ月間連続観測
長周期惑星と繰り返し観測

太陽高度10µm可望遠鏡は夏期も運用可>2.5µm可(6ヶ月)

極夜 (4ヶ月)

南極2.5m望遠鏡の目的
多数の多惑星系の連続観測による、特に地球型惑星の大気構造の研究
複数の天体を準備し、次々に観測を続ける

多惑星系の候補(南天)TESS (2017）
明るいG、K、M型星の地球サイズ惑
星の全天トランジット探査

CCD  カメラ (Dome-­F)
Cheops(2017?)

中国 Dome  A

50cm  Schmidt  x3HATSouthTESSによる観測天体数の予測l三色赤外線カメラ・低分散多天体分光モード付き
Proto  modelInSb  2Kx2K

Under  assembling
2Kx2K  VIRGO  (1~2.5μm)
256x256x2  InSb  (2.5~5μm)  光学系全体図
Obata	  (2015)

2.5～3.5μm

1～2.5μm

3.5～5μm
望遠鏡方向

2014/2/331

系外惑星に特化した多天体分光機能

2色+分光

簡単な多天体用スリットマスク
JK~10  参照星KECK  MOSFIREの例
R~100
1~5μm
McLean+  2010

まとめ
地上で最もすぐれた天文サイトである南極ドームふじ基地で、2.5m赤外線望遠鏡を用いて、多惑星系のなかでの地球型惑星を含む多様な惑星の大気構造を理解する