東大アタカマ望遠鏡計画

本原顕太郎、吉井譲、川原公明、田中培生、土居守、河野孝太郎、田辺俊彦、半田利弘、宮田隆志、征矢野隆夫、酒向重行(東京大学天文学教育研究センター)

TAO計画とは？
• 南米アタカマ高地の孤立峰、チャナントール山頂(5600m超)• 口径6.5mの赤外最適化望遠鏡
Co.
Chajnantor

ALMA Site

Co. Chascon

計画の特長•赤外線最適化南天で唯一の標高4000m超の大型光赤外望遠鏡– 近赤外• 可変形副鏡で広視野高解像度• バンド間のない分光観測– 中間赤外• 可変形副鏡で常に回折限界像• 地上からの30μｍの観測••••

萌芽的、サーベイ的研究を重視
大学の教育を重視
共同利用よりは共同研究で（７０大学よりのご支持）
南天の観測：ALMAとの連携

限界等級

目指すサイエンス• 近赤外分光観測– QSOのMg/Fe比測定による宇宙年代学– 遠方のIa型超新星観測による宇宙膨張測定• 近赤外広視野サーベイ観測– 静止系可視光での遠方銀河サンプルの研究• 中間赤外線高空間分解能観測– 星周ダストディスク/シェルの高空間分解観測• ALMA他によるターゲットのフォローアップ– 星生成領域・恒星・銀河など様々な分野で......などなど

望遠鏡概要• Magellan 6.5m 望遠鏡をベース– リアルタイムの主鏡制御– ドームまで含め廃熱を考慮した設計⇒ I-バンドで0.2”を切るシーイング！
– シンプル、安価

望遠鏡概要(続き)• 可変副鏡– Ground Layer AOで広視野(10’)で比較的良いシーイング(0.5” ⇒ 0.3”)を得る– 中間赤外AOで、熱背景放射を増やすことなく回折限界像(Strehl > 95%)を得る

10μｍ

Herbig Ae Star

望遠鏡概要(続き)• 6.5m, F/12 グレゴリアン光学系• 赤外最適化
AO M2：1.17m– 近赤外ナスミス焦点1• 視野13’φ– 中間赤外カセグレン焦点

M1 ：6.5m• 視野2’φ

M3 x2 ：1.5m– 可視/PI ナスミス焦点2

Nasmyth2 :Opt/PI
Instruments• 視野30’φ• 装置交換、副鏡交換なし
Nasmyth1 :NIR Instrument

Cassegrain :MIR Instrument

観測装置
近赤外広視野2色同時撮像分光カメラ– 光路をDMで2波長分割• (0.85-1.37μｍ/1.4-2.5μm)– 視野5’×10’– マイクロシャッタアレイによる多天体分光• グリズム分光• R=1000(1”slit)– 高観測効率• J&K’同時撮像• zJHK同時分光– GLAOにより視野全体で0.3”の星像

観測装置(続き)
近赤外広視野2色同時撮像分光カメラ(続き)– 検出器はHgCdTe 2Kx2K4個• HAWAII2-RG (Rockwell) ?
• VIRGO (Raytheon) ?

– 本格的に検討を開始• マイクロシャッタアレイの開発• 光学系の検討

観測装置(続き)
中間赤外撮像分光装置– 10μｍ帯、20μｍ帯、29-38μm– 視野25”x25”– 副鏡AOで、常に回折限界像を得る– TAOのサイト特性に注目し、前人未到の地上からの30μm帯の観測を目指す

観測装置(続き)
中間赤外撮像分光装置(続き)– 冷却高速チョッピングで実効感度はこれまでの1.4倍を目指す– 概念設計を始めている段階
冷却真空容器 < 30K

Si:As IBC
赤外検出器
冷却鏡
直径 50mm1-10 Hz10-60秒角
2-9ビームチョッピング

冷却チョッパー

固定点 低温アクチュエータ

観測装置(続き)
可視観測装置– フォローアップ重点（基本的な観測一通り可能）– 視野：15’x15’• FOCASの8倍、Suprime-Camの1/3– 低中分散分光器 (R<10000)• 多天体：マイクロシャッタアレイ• 面分光：イメージスライサー• 将来的に２色同時へ拡張サイト調査• 衛星データの解析• 気象モニタ• シーイングモニタ• 雲モニタ• 山頂実地調査

チャナントール
チャスコン

ALMAサイトサイト調査(続き)
衛星データの解析• GOES8, Meteosat3の赤外画像(6.7/10.7μm)• 1993/7〜1999/9の58ヶ月データをNOAO,ESOと共同
解析• 空間分解能は4kmx4km• 晴天率と水蒸気量を算出
チャナントール領域で⇒晴天率：70% Photometric⇒水蒸気量：0.3-1.2mm
マウナケアを上回る！

サイト調査(続き)
気象モニタ• 2001年より駆動中• 気温、風速風向、湿度、気圧を平原部で測定• 2004年度中にチャナントール山頂へ移設予定

チャナントール
チャスコン

ALMAサイト5km

サイト調査(続き)
気象モニタ(結果)• 気温： -5〜-8℃(冬)/ -1〜-4℃(夏)• 湿度：8,9月が非常に低く、2,3月は高い• 風：西風前半夜が強い(〜10m/s)/後は弱い(〜5m/s)

最大風速 15m/s以下、湿度80%以下をOK（観測可能）
最大風速 10m/s、平均風速5m/s、水蒸気量1g/cc以下、湿度８０％以下をGOOD

サイト調査(続き)
雲モニタ
•••
•

モニタ波長
モニタ天域

衛星で捉えられない雲の測定
2004年より駆動中(ASTEコンテナ上)
モニタ時間
τの数%のレベルまで測定可能
2004年度中にチャナントール山頂へ移設予定

チャナントール
チャスコン
ALMAサイト5km

8-12um
天頂角 ０〜７０度（１０度傾斜）常時（２４時間）
５分毎にデータ取得
無人運転

サイト調査(続き)雲モニタ(結果)• チャナントール付近でローカルな雲の湧き出しが起こることがあることがわかってきた。
• 2004年5月のデータでは天頂に比べ5%ほど晴天率が低い

2004/05の空の放射率サイト調査(続き)シーイングモニタ•••••

DIMM方式
バッテリー駆動でどこでも観測可能
本観測は2003年９〜10月の4晩
国立天文台高遠グループと2箇所同時測定測定地点は3点で、うち２点を同時観測

孤立峰(5200m)
高い山腹(5400m)
平原部(5000m)

チャナントール

5km

モニタ波長
限界等級
口径間隔
露出時間

0.55μm
1.5等
74mm
205mm
0.5-1msec

サイト調査(続き)シーイングモニタ(続き)
平原部(5000m)

孤立峰(5200m)••

高い山腹(5400m)

高い山腹でコンスタントに0.5-0.8”で、孤立峰よりも系統的に良い。
(標高があがるとシーイングはいい)
平原部が非常に悪い(数”)のに比べ、孤立峰で安定すると0.4”台と非常に良い。
(平原部のシーイングは悪い)⇒チャナントールではマウナケアに勝るとも劣らないシーイングの可能性

サイト調査(続き)山頂実地調査• 2002/11：チャナントール山頂(5670m) 徒歩登頂
• 山頂に望遠鏡建設に十分な広さがあることを確認

ASTE

過去1年間の主な活動• サイト調査関係– シーイングモニタ本観測• 2003/9– 雲モニタ設置• 2004/3– 気象モニタ、雲モニタ駆動中過去1年間の主な活動(続き)• チリ関係– チャナントール周辺の土地利用許可申請– 在チリ日本大使館と現地協力関係を確立– チリ大学とGemini望遠鏡による共同研究を開始

今後の予定• チャナントール山頂本格調査– 雲・気象モニター・シーイング等の移設– （近隣の山頂との比較）• チリ関係– 土地利用（科学的利用のための保護）手続中– 地元への説明会など• 望遠鏡・装置の詳細設計へ• 建設予算獲得へ