南極テラヘルツ望遠鏡計画概要
久野成夫（筑波大学）
南極天文コンソーシアム

１．天文観測サイトとしての南極
２．南極10ｍ・30m級テラヘルツ望遠鏡計画

（１）天文観測サイトとしての南極ドームF (3810m)(日)リッジA (4050m)(米)60cm HEAT テラヘルツ

南極点 (2835m)(米)10m South Pole Telescope

ドームA (4090m)(中)50cm AST3-2 可視ドームC (3233m)(仏&伊)40cm ASTEP 可視
80cm IRAIT 赤外 他
10mテラヘルツ望遠鏡計画（日）可降水量（PWV）
Tremblin et al. (2012)

Cerro Chajnantor

Dome A大気透過率@350 μm
Tremblin et al. (2012)

Dome A
Cerro Chajnantor
ALMAサイト大気透過率@200 μm
Tremblin et al. (2012)

Dome A
Cerro Chajnantor
ALMAサイトTremblin et al. (2012)
Transmission

Dome A
黒10%
赤25%
青50%
緑75%

Transmission

ALMAサイト0500

1000
GHz1500大気の安定度(PWV)2015年
PWV冬季の中央値：0.065

Kulesa (4th SCAR AAA Workshop 2017)

風速

晴天率
ドームふじ

雲の量（夜間）ほとんど10m/s以下

晴天：80～90%8南極内陸部• テラヘルツ波：地上唯一の窓、大気の安定度• サブミリ波：大気の透過率、大気の安定度• ミリ波：大気の安定度• 赤外線：地上唯一の窓、大気の安定度、弱い背景光、高いシーイング• 気球観測：周極風、長期間フライト• 時間変動：冬季の連続観測⇒ 地上最高の天文観測サイト

２．南極10ｍ・30ｍ級テラヘルツ望遠鏡計画
観測可能天域
EL

Decl.

> 5°
>10°
>20°

<＋8°
<＋3°
<－7°

新ドームF (日)リッジA (4050m)(米)ドームA (4090m)(中)

南極点 (2835m)(米)ドームC (3233m)(仏&伊)EL=5°@DomeF

EL=20°@DomeF

IRAS/COBE dust map(Vaccari 2016)

10mテラヘルツ望遠鏡 仕様
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口径 > 10m
鏡面制度 < 20μm
観測周波数 200GHz-1.5THz
視野 ~1°
指向精度 0.5″
消費電力 < 35kVA
低温鋼材使用
高床式
霜対策
角分解能（10m）

200GHz800GHz1.5THz37″9.3″5.1″

超広視野の実現性• リッチー・クレチアン– 非点収差 ⇒電波カメラのセグメントの位置調整– 幾何光学＋波動光学 ⇒最適解
– 視野周辺での周波数無依存の条件⇒ 視野1°を実現する光学系の解（今田D論 2015年）

10ｍ鏡光学設計• 国立天文台（都築）と 共同研究
• 光学系（今田 筑波大D論2016）を微修正• リッチー・クレチアン
MKIDカメラ– 視野～1.1°⇒ 400 GHｚは1.5°まで可能（都築、新田）0.55°-0.55°

ストレール比@1.3THｚ
0.55°

0.75°

-0.55°-0.75°

10ｍ用超広視野MKIDカメラ
非球面鏡2枚MKIDカメラ

自由曲面鏡• 視野を19分割• 400 GHz、850 GHz、1.3 THz

10m望遠鏡 連続波感度16Survey of distant galaxies（10ｍ）
𝐿~1013 𝐿⨀
Z=3.91

Z=6.43

HershelConf. limit

Z=2.5810hr 5σZ=2.08

ATT10m
Conf. limit

𝐿~1012 𝐿⨀
Tdust=42 K
Confusion limit
30 beam/source17南極３０ｍ級テラヘルツ望遠鏡
・口径 ～30 ｍ
・重量 ～1000 t？
・電力 ～ 600 kVA？
・周波数 200～1500GHz
・視野 ～1°・角分解能 12″～1.7″
・越冬隊 ～ 5人／冬・建設地 新ドームふじ基地
・国際協力 アジア（台湾、タイ他）,（豪, 米, 欧）・国立天文台＋国立極地研
・運用期間～３０年以上

CCAT (25mΦ)↓南極 30mTHz望遠鏡

30m望遠鏡 連続波感度Survey of distant galaxies（30ｍ）
HershelConf. limit

10hr 5σ

12𝐿~10 𝐿⨀

ATT30m
Conf. limit

Tdust=42 K
Confusion limit
30 beam/source20マルチビーム

分光観測（システム雑音温度）
南極冬季50%EL=40°

Herschel HIFIHIFI Observer’s Manual

Herschel HIFI

南極30m

Beam size 13”-39”

高角分解能（1.7”-12”）Single beam

多素子化が可能（>100?）

DSB2SBサイエンスの検討
国立天文台研究集会– 2015年11月18日‐19日＠国立天文台（64名）“南極で切り開くテラヘルツ天文学”– 2017年3月2日‐3日＠国立極地研（47名）“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス”– 2018年3月27日＠筑波大学“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるAGNと爆発的星形成銀河のサイエンス”

国立極地研研究集会– 2018年9月12日＠極地研“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス（星惑星系形成）”– 2019年12月21日＠極地研“テラヘルツ波が拓く新しい宇宙像”– 2021年3月15日＠zoom“南極テラヘルツ望遠鏡によるサイエンスの検討”

30mテラヘルツ望遠鏡によるサイエンス•星惑星系形成– コア構造を分解しながら磁場の高感度な広域観測⇒星・円盤形成時の磁場の役割

••

星間化学
– 基本的な軽い分子の基底状態の遷移観測（H2D+） ⇒重水素濃縮

銀河面サーベイ– [CI]（492GHz, 809GHz）+CO（4-3, 7-6）同時観測⇒分子雲形成・進化– 高速度・高励起ガスの探査⇒中質量ブラックホール、野良ブラックホール•近傍銀河– [CI]輝線の狭帯域撮像、ダスト連続波によるサーベイ⇒分子ガス量の正確な測定– CO多輝線、[CI]、[NII]マッピング ⇒分子ガスの物理状態 vs. 星形成率•

銀河形成・進化– [OIII]、[CII]、[NII]サーベイ ⇒銀河の星形成史、金属量進化史– 原始銀河のH2直接検出など
ＳＰＩＣＡの目指したサイエンスでカバーできるものがあるか？

スケジュール
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

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極地研

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南極観測計画Ｘ期

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南極観測計画ＸＩ期

南極観測計画ＸＩＩ期

30cm望遠鏡
10mTHz望遠鏡？？ 設計・製作・試験・輸送・建設概算要求

観測概算要求分野コミュニティからの推薦
9 1
月 月 推薦する計画の決定

30mTHz望遠鏡

ＭＰ２０２３
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(電波)天文分野 次期大型計画策定
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