第2回「太陽地球環境データ解析に基づく超高層大気の空間・時間変動の解明」 	

国立天文台太陽観測所最新の観測システムと、太陽活動データベースメタデータ提供状況	

森田 諭, 花岡庸一郎, 桜井 隆 (国立天文台)、	荒井武彦 (宇宙研)	

国立天文台 太陽観測所 フレア望遠鏡	  2014年冬~2015年初夏 観測システム改修	

国立天文台 太陽観測所 太陽フレア望遠鏡	u	  	  1988年~	  u対物口径	  20cm	  x2(T1,T4),	  15cm	  x2(T2)	  u現在の構成は	  •	  T1	  –	  Hα太陽全面観測	  Ø	  6302.8Å/0.25Å	  Lyot	  ﬁlter	  Ø	  2k	  x	  2k	  pix	  CCD	  •	  T2	  -­‐	  赤外偏光分光へリオグラム	  Ø	  He	  I	  –	  10830Å	  (彩層)	  Ø	  Si	  I	  	  	  –	  10827Å	  (光球)	  Ø	  Fe	  I	  	  −	  15648Å	  (光球:	  high	  Zeeman	  sensiRve)	  Ø	  回転波長板	  Ø	  640x512	  pix	  InGaAs,	  270	  (50)	  fps.	  
•	  T3	  -­‐	  観測休止(観測装置室をT2で使用)	  •	  T4	  –	  G-­‐band(~4305Å)	  及び 連続光(5300Å)	  Ø	  2k	  x	  2k	  pix	  CMOS	  camera,	  30(10)	  fps	  太陽フレア望遠鏡 観測システム改修	
u	  	  1988年~	  u対物口径	  20cm	  x2(T1,T4),	  15cm	  x2(T2)	  u現在の構成は	  •	  T1	  –	  Hα太陽全面観測	  Ø	  6302.8Å/0.25Å	  Lyot	  ﬁlter	  Ø	  2k	  x	  2k	  pix	  CCD	  	  	  	  	  -­‐>	  2k	  x	  2k	  pix	  sCMOS	  (2015.6.1	  ~)	  	  •	  T2	  -­‐	  赤外偏光分光へリオグラム	  Ø	  He	  I	  –	  10830Å	  (彩層)	  Ø	  Si	  I	  	  	  –	  10827Å	  (光球)	  Ø	  Fe	  I	  	  −	  15648Å	  (光球:	  high	  Zeeman	  sensiRve)	  Ø	  回転波長板	  Ø	  640x512	  pix	  InGaAs,	  270	  (50)	  fps.	  X2	  	  	  	  (2波長同時観測:	  2015.5.20.	  ~)	  •	  T3	  -­‐	  観測休止(観測装置室をT2で使用)	  •	  T4	  –	  G-­‐band(~4305Å)	  及び 連続光(5300Å)	  Ø	  2k	  x	  2k	  pix	  CMOS	  camera,	  30(10)	  fps	  Ø	  Ca	  II	  K(3933Å)光路追加(2015.7.10	  ~)	  SFT	  T1	  (Hα太陽彩層全面観測)カメラ変更	  (2015.6.1.~)	

•	  	  左:	  2k	  x	  2k	  interline	  型	  CCD	  (~2015.5.31.):	  	  Smear	  と呼ばれる電荷転送中の露光が見える。	  
•	  	  右:	  2k	  x	  2k	  sCMOS	  (2015.6.1.~):	  	  Smear	  がなく、特殊な処理なしでコントラストが高い。
sCMOS	  は、電荷飽和時のリークもないので、プロミネンス用に長時間露光も可能。	  
•	  取り外したCCDカメラは後述の	  T4	  Ca	  II	  K	  増設光路に使用。	  
•	  QL	  の他、ﬁts	  形式のデータも整備。IUGONET	  登録予定。	  SFT	  T4	  (G-­‐band,	  連続光)観測データ	

•	  	  左:	  4305Å	  CH分子吸収線	  (G-­‐band),	  太陽光球上層に対応。	  2k	  x	  2k	  CMOS.	  
•	  	  右:	  5300Å	  連続光	  (Green),	  太陽光球下部に対応。2k	  x	  2k	  CMOS.	  
• 現在は生データ及び機器校正データのみ。適切な形式で太陽活動データベースに登録準備中。太陽活動データベースに登録完了後、IUGONET	  経由にて	  QL,	  ﬁts	  を公開予定。	  SFT	  T4	  (Ca	  II	  K)光路追加:	  2015.7.10	  -­‐	  	•	  	  3933Å	  Ca	  II	  K	  吸収線,	  太陽彩層に対応。	  2k	  x	  2k	  CCD. フィルターグラム。	  
•	  Ca	  II	  は Hαに比べて温度上昇に敏感で、プラージュ(黒点外部の強磁場領域)が見やすい。	  
•	  太陽データベースには、1917年〜1974	  年までヘリオグラムの写真データがある。	  三鷹太陽望遠鏡 赤外偏光ポラリメータ	
• 国立天文台三鷹太陽フレア望遠鏡赤外ポラリメーター	
FLC	  
赤外カメラ	
現在は	  
回転波長板	  スリット	オフナー	  光学系	グレーティング	– 高速変調可能な (∼kHz) 2枚の強誘電液晶と直線偏光板->現在は回転波長版	
– 高速読み出しの赤外カメラ (最大 90 fps,InGaAs素子, 512×640 ピクセル)	
– エシェル型分光器	
– 近赤外での科学的に興味深い2つの波長域: He I 1.0830μm (彩層吸収線。光球吸収線 (Si I 1.0827μm) との同時観測が可能)、及び Fe I 1.5648μm (磁場感度の高い光球吸収線。近赤外波長との組み合わせにより、弱い磁場信号の高い検出能力を持つ) にて、フルストークススペクトルを取得する。	

赤外偏光ポラリメータ ２波長同時観測改修	  	  (改修:2015.2.23.	  –	  2015.3.26;	  調整:	  ~2015.5.19.)	

赤外カメラ2	

グレーティング	
赤外カメラ1	

•••

今までは	  10830Å近傍と15648Å近傍をグレーティングの傾きを切り替えて観測していた。	  
グレーティングによる分散後の２観測波長帯各位置にカメラを置くことにより同時観測。	  
この改修により、波長間での同時性が保たれ、波長毎での	  cadence	  が向上した(2倍)。	

SFT	  赤外分光ポラリメータ観測例	  	  2波長同時観測	

Mitaka	  SFT	  IR-­‐Mag	  Si	  I	  10827Å	  V/I	  (視線方向磁場強度マップ)	

Mitaka	  SFT	  IR-­‐Mag	  Fe	  I	  15648Å	  V/I	  (視線方向磁場強度マップ)	

SFT	  赤外分光ポラリメータ観測例	  	  2波長同時観測	

Mitaka	  SFT	  IR-­‐Mag	  He	  I	  10830Å	  intensity	  Mitaka	  SFT	  IR-­‐Mag	  He	  I	  10830Å	  V/I	  (視線方向磁場強度マップ)	

NAOJ	  SFT	  IrMag	  10830Å	  偏光分光観測データ例	
He	  I	Si	  I	非線形応答校正：ピクセル間感度校正結果	  (10ms,	  250K)	

•上段は、下段のそれぞれのグラフの低カウント側拡大。観測で使用するのはこのレンジ。	  非線形感度補正曲線適用例	  (カメラ-­‐B,	  250K,	  10ms,	  ROI	  Y=[96:271])	
ピクセル毎非線形感度補正曲線適用	  (ダーク引きは補正に陰に含まれる)	

He	  I	Si	  I	

カラム毎のパターン消える	  横方向の細かい縞は	  カメラエレキ起因ではなく干渉縞であった	

ダーク引き処理済	
カラム毎のパターンのうち	  Gain	  ムラ起因の成分残る	  (特に吸収線の底やスリットのゴミ近傍で顕著)	

生データ	

バイアスパターン顕著	100th-­‐111thカラム(4レジスタx3周期)の範囲のスペクトル散布プロット 	
With	  LUT	

Dark	  sub	With	  LUT	Raw	  data	Raw	  data	
バイアスパターンはカラム方向	

Dark	  sub	

太陽データベースとメタデータ提供状況	

国立天文台 太陽観測所 太陽活動データベース	
http://solarwww.mtk.nao.ac.jp/jp/database.html	

•	  1910	  年代より	  10太陽活動周期にわたるデータを蓄積。データベースとして整備。	  
•	  CCD	  撮像画像、写真(乾板、フィルム)、スケッチ、指標などにより構成。アナログデータはデジタイズ済。メタ情報を可能な限り付加	  (ファイル名、レジェンド、ﬁts	  header	  など)	  •	  太陽観測所	  HP	  にて公開。データの一部はカレンダー形式のブラウザページを持つ。	  
•	  検索システムはない。	

国立天文台 太陽観測所 太陽活動データベース	
http://solarwww.mtk.nao.ac.jp/jp/database.html	

•	  1910	  年代より	  10太陽活動周期にわたるデータを蓄積。データベースとして整備。	  
•	  CCD	  撮像画像、写真(乾板、フィルム)、スケッチ、指標などにより構成。アナログデータはデジタイズ済。メタ情報を可能な限り付加	  (ファイル名、レジェンド、ﬁts	  header	  など)	  •	  太陽観測所	  HP	  にて公開。データの一部はカレンダー形式のブラウザページを持つ。	  
•	  検索システムはない
IUGONET	  との連携	

国立天文台 太陽観測所 太陽活動データベース	  太陽光球:	  太陽全面白色光像	
CCD	  撮像	  (現行システム)	

黒点スケッチ	

写真フィルム	•	  1918	  年より開始。10太陽活動周期にわたる画像を蓄積。時代により、写真乾板、写真シートフィルム、CCD	  カメラ(1998-­‐)を使用。IUGONETへは	  CCD	  データのメタデータを提供。QL	  のみ登録完了	  (2010.1.1.	  –	  2015.8.16.)	  国立天文台 太陽観測所 太陽活動データベース	  太陽光球:	  黒点相対数	

前項太陽光球画像より黒点の、位置、	  面積、明るさ、数、を自動抽出。観測者が群分けし、指標として記録。	

黒点相対数(上)・蝶型図(下)	

•	  太陽全面白色光像では、各時代にて黒点群の情報の指標も抽出し、蓄積してきた(1929年より)。現行システムでは、自動化が進み、デジタル取得画像をコンピュータ処理の上、観測者が群分け、黒点相対数を計算、蓄積する。 IUGONET	  未登録。	  国立天文台 太陽観測所 太陽活動データベース	  太陽全面彩層:	  太陽全面	  Ca	  II	  K	  像	100 year Ca II K activity by Ermolli et al. (2009)
and NAOJ Ca II K data coverage	
Examples of full-Sun CaII K images taken by NAOJ	

•	  1917年〜1974	  年までの6太陽活動周期にわたり、画像を蓄積。	  
•	  Ca	  II	  K	  での増光は、彩層ガスの温度上昇に対し敏感であり、プラージュの分布は、太陽表面での磁場が強い領域(かつ黒点を形成しなかった領域)の情報を与えると期待される。	  
•	  光量校正を行うための基礎データが取得されていない。IUGONET	  未登録	  国立天文台 太陽観測所 太陽活動データベース	  太陽全面彩層:	  太陽全面	  Hα	  像	CCDビデオカメラ	

写真フィルム	スケッチ	•	  1949	  年より開始。途中中断あり。5太陽活動周期をカバー。時代により、写真乾板、写真シートフィルム、CCD	  カメラ(2008-­‐)を使用。IUGONETへは	  CCD	  データのメタデータを提供。QL	  のみ登録完了	  (2010.1.1.	  –	  2015.8.16.)	  国立天文台 太陽観測所 太陽活動データベース	  太陽全面彩層:	  太陽全面	  Hα	  像	Hα中心波長	旧システム	 Hα中心波長	新システム	

ドップラーグラム	•	  	  左:	  口径4.5cm	  Hα自動フレアパトロール望遠鏡データ	  (1036x779	  pix	  CCDカメラ)	  •	  	  右:	  口径15cm	  (対物絞りにて12.5cm)	  SFT	  T1	  Hα望遠鏡データ	  (2000x2000	  pix	  CCDカメラ)	  	  新システム(右側:	  2011-­‐)	  ではドップラー成分も取得。京都大学附属天文台	  SMART	  T1	  と	  Data	  coverage	  に於いて相補的	  (天候、不調など)	  。IUGONET	  登録予定。	

国立天文台 太陽観測所 太陽活動データベース	  太陽表面ベクトル磁場情報:	  光球,	  彩層	SFT	  IrMag	  光球面磁場マップ	

SFT	  IrMag	  He	  I	  強度マップ	

SFT	  IrMag	  彩層磁場マップ	

•	  国立天文台では1982年より太陽表面磁場情報の取得を始めている。現行の主力観測装置は フレア望遠鏡 赤外偏光分光観測装置であり、太陽全面にわたり、光球、及び彩層のベクトル磁場計算のための偏光分光観測データを取得している	  (2010	  -­‐)。 QL	  のみ登録完了	  (2010.4.18.	  –2015.8.16.)	  機器校正手法の確定後、順次サイエンスデータ、機器校正データ、校正手法を当データベースに登録。	

国立天文台太陽観測所公開データ	
hop://solarwww.mtk.nao.ac.jp/jp/database.html	

国立天文台太陽観測所公開データ	
hop://solarwww.mtk.nao.ac.jp/jp/database.html	

赤:	  現在	  QL	  のみメタデータ公開	

緑:	  メタデータ公開予定	

国立天文台フレア望遠鏡	  Hα	  太陽全面像望遠鏡観測例	

京都大学理学研
究科附属天文台	  SMART	  T1	  Hα	  太陽全面望遠鏡と	  Data	  coverage	  に於いて相補的	  (天候、不調など)	

国立天文台フレア望遠鏡	  Hα	  太陽全面像望遠鏡観測例	

京都大学理学研究科附属天文台	  SMART	  T1	  Hα	  太陽全面望遠鏡と	  Data	  coverage	  に於いて相補的	  (天候、不調など)	

まとめ	  (1/2)	
• 2015年2月から7月にかけて、国立天文台太陽観測所主力観測装置である 太陽フレア望遠鏡の 3本の望遠鏡のバックエンドをそれぞれ改修した。このうち、赤外分光ポラリメータの改修は大掛かりなもので、現在も微調整中だが、定常観測は再開。性能は cadence で2倍に向上した。	
• Observatory, Instrument, Person, Repository, DisplayDataのメタデータに関しては、ver. 1.04 準拠のメタデータを作成、登録済み。 	
• Granule に関しては、フレア望遠鏡 T2 赤外偏光ポラリメータ、太陽全面視線方向磁場マップ、4cm Hα自動フレアパトロー
ル望遠鏡 Hα太陽全面像、10cm 黒点望遠鏡 太陽全面白
色光像については、QL のみ、IUGONET schema ver. 1.04
準拠のメタデータを作成、登録。(2010.1.1.	  –2015.8.16.)	

まとめ	  (2/2)	
• Hα太陽全面像に関しては、より新型で精度の良い、フレア望遠鏡 T1 観測データの QL, fits (サイエンスデータ) の公開が既に当観測所「太陽活動データベース」にて行われているので、順次 IUGONET 経由でも公開する。	
• 10cm 黒点望遠鏡 太陽全面白色光像についても、fits 形式のサイエンスデータが当観測所データベースにて公開されているので、IUGONET 経由でも順次公開していく。	
• その他の観測機器のデータに関しては、fits 化が完了次第、IUGONET 経由でも順次公開していく。赤外分光ポラリメータ
に関しては、カメラの校正が完了し、だいぶ目処がたって来た。