Solar-B可視光磁場望遠鏡 (SOT)（基本性能と現状の報告）

OTA: Optical Telescope Assembly(ISAS, NAO, MELCO, Genesia, Canon, REOSC)+FPP: Focal Plane Package(NASA, LMSAL)

2002.07.22

国立天文台 一本 潔

SOT の目的：
1. 光球・彩層の高空間分解画像 (0.2-0.3arcsec) を安定して取得、
2. 磁場・速度場の高精度取得、
3. 昼夜の切れ目なく連続したデータの取得
which is not possible from the ground telescopes.

上層大気における様々な現象をドライブする確固たる境界条件を提供する

XRT/EISと組み合わせることにより、磁場の生成、放出、散逸にわたる一連の過程を解明し、宇宙磁場に関わる基本物理を理解する。

SOTのねらうサイエンス
1. 微細磁束管に関する基本物理- 磁気要素の進化と構造- 対流との相互作用- 黒点の成長・消滅,,,

2.

コロナ加熱 / コロナへのエネルギー伝播- 磁気要素における波動、磁気シアー- 彩層微細構造のダイナミクス

3. コロナにおけるエネルギーの蓄積・解放- 活動領域磁場構造の発達- 電流分布とその時間変化- 微細磁束管の集団的振る舞い

4.

ダイナモメカニズムと内部磁場- 局所サイスモロジー

SOTの基本要求仕様:- 空間分解能- 視野- 波長分解能- 波長レンジ- 時間分解能- 連続観測時間

0.2-0.3”
~300”
~25mA
380-670nm~10s
1hr ~ 2weeks

磁気要素を分解
典型的な活動領域をカバー
信頼できる磁場の導出
豊富な大気診断情報
音波が磁気要素を横切る時間- 偏光測定精度- 取得偏光ステート< 0.1%
Stokes I,Q,U,V

高い磁場検出感度ベクトル磁場の導出

磁気要素の寿命~ 活動領域の成長タイムスケール

装置設計に対する要求 :- 画像安定度0.02”(rms)/10s- 空間サンプリング~0.05”/pix- 回折限界光学系- 低い人為偏光- 観測波長における高いスループット

 wavefront error~12.8nm / integration time

consistent MTF with telescope

SOT System Diagram
CTM-TE CTM-E

Polarization Modulator Unit

Sunlight

Tip-tilt Mirror
Heat Dump Mirror
Collimator Lens Unit
OTA

FPP

MDP
FPP-E

Broadband Filter
Narrowband Filter
Cross-correlation

Spectropolarimeter

CCD

580 H

Correlation
Tracker camera
Reference image, t=t0

Live image, t光学系レイアウトと座標

FG CCDCT CCD

OTA
タイプ： アプラナティックグレゴリアン

口径：500mmf

主鏡-副鏡間距離： 1500mm
ストレール比 ＞ 0.8(WFE~40nm rms)

下部チューブFPP外観Solar-B Focal Plane PackageSPBFINFICT

SOT観測波長Ion,Å

Purpose

geff

BFI

CN I
Ca II H
CH I

3883.03968.54305.04504.55172.7

Magnetic Network Imaging
Chromospheric Heating
Magnetic Elements
Blue Continuum
Chromospheric Dopplergrams
and Magnetograms
Photospheric Magnetograms
Photospheric Magnetograms
Photospheric Magnetograms
Green Continuum
Photospheric Dopplergrams
Photospheric Magnetograms
Photospheric Magnetograms
Umbral Magnetograms
Broadband WL for CT
Laser Line + Broadband WL
Chromospheric Structure
Red Continuum

1.33-

Mg I b
Fe I
Fe I
Fe I
Fe I
Fe I
Fe I
Ti IHeNeHI

5247.15250.25250.65550.55576.16301.56302.56303.86320.06328.16562.86684.0

NFI

1.75



2.00
3.00
1.50





SPCT







0.00
1.67
2.50
0.92
-







FPP 観測系概要
フィルター観測系

スペクトログラフ
観測系

コリレーション
トラッカー

干渉フィルター系

リオフィルター系

役割

高分解能単色像の取得

２次元磁場、速度場、彩層画像の取得

１回の観測量空 間 ２ 次 元 x １ 波 長 空間２次元 x１波長 x 空間１次元 x 波長１ 空間２次元 x１波長
輝度
偏光
次元 x 偏光輝度

視野218”x 109”328” x 164”328” x 164”11” x 11”

空間分解能0.05”/pix0.08”/pix0.16”/pix

0.22”/pix

観測波長3883, 3968, 4305, 5550, 5173, 5250, 5576,
6684 A
6302, 6562 A

6302A

6300– 6350A

波長分解能

3－10A

～100mA～25mA/pix

～50A

波長点数

1

2－4～100

1

時間分解能(全視野)

2－10 sec

20－60 sec

～1 hr

1/580 sec

測光精度

0.3 %

0.1－0.3%< 0.1%< 1%

高精度ベクトル磁場の 指向ずれの検出
取得

SOT 視野
Vignetting by tunable filter

Field of view of the threetelescopes of the Solar-B
X-Ray Telescope (XRT)EUV Imaging Spectrometer (EIS)
Solar Optical Telescope (SOT)52.5” or 0.3mm @f1
40 %
20 %
0%

183.2”

SOT:328”x164”

163.8”CCD of BFI
327.7” CCD of NFI / SPG scanning

EIS:512”x512”

XRT: 2048”x2048”

Field stop at f2,361.3” x 197.4” or7.93 x 4.33 mm2 @f2

HDM hole,f505” or 2.864mm @f1

FOV of Heat Dump Mirror

D◎=32’35”

SunSOT FOV

max.offset = 19.6’

margin ～1.2’

像安定度とストレール比

像安定化装置の結合（閉ループ）実験

2002.4 @三鷹~0.002” に達する制御性能を確認
抑圧特性

残差信号

偏光モジュレーション
I 
Q  U  V I '  cI I  cQQ  cUU  cVV
PLcUcIcVcQ

WP: 852 nm at 630.2nm
1/1.6 Hz 4dn c I  1  R sin sin  cos 2  
1cQ  1  cos   (1  cos  ) cos 4 
2
1cU  (1  cos  ) sin 4
2cV sin  sin 2

偏光精度に関するコメント
SOTの特徴：- 大気揺らぎによるノイズがない- 安定したシンプルな偏光変調器（水晶回転波長板）- 偏光変調器より上流は軸対称光学系  人為的クロストークの低減- 直交する２偏光の同時取得（SP）- フォトンを無駄にしない機上連続加算- 各光学素子について偏光特性の徹底した管理

注意点：- 機上キャリブレーションの機能なし（打ち上げ後の確認は得られたデータで）- I+Vのみの取得不可能（QI クロストーク）- 単一偏光変調器を共有したSP-FG協調動作- 打ち上げ前の総合キャリブレーションの時間的・コスト的制限

SOTの検出限界
SOT (Typ.)(dx=0.2”, N=1000)

Ground (Typ.)(dx=1”, N=500)

e = 0.5%

e = 0.1%

e = 0.1%

Bl (G)

8.5

1.7”

Bt (G)

14163”

 j (A)

1.2 x 109

5.2 x 108

2.6 x 109e (erg, l=104km)

1.3 x 1028

6.6 x 1027

1.3 x 1029

204”

2.30.45”

1.6 x 108

3.3 x 107

3.3 x 108

2.4 x 1030

4.8 x 1029

1.5 x 1031

weak fields

time variability

DBt (G, Bt=500G)
Df (deg., ” )D j (A,DE (erg)”)

DE

e
SOT:NFI

Ground SP
SOT:SPSpatial resolution and time span
Elementary
processes in Evolution offlux tube & magnetic Active region
evolution
element
convection

SOT
Global flow /Long term
mag. fieldredistribution valiation &dynamo

Ground obs.
White light
Ground obs.
Megnetic field# of wavelength(reliability)

1sec

64

10sec

16

1min

10min

SOT/NFIfull image

4

Ground SP

21hr
1day
1%

110”
1min

100”

1000”

Ground FG

1hr

SOT/SP
full scan

0.1%

0.01%

Random noise(detection limit)

1day
1week

Time spanFOVMTM鏡による光学アライメントの目的
・ 調整手順の確立
・ 構造的実現性の確認