2024.03.08 OISTER WS

なゆた望遠鏡の観測自動化

高橋 隼(兵庫県立大学)

自動化の背景・目的• なゆた望遠鏡の運用は、かなりの部分を人力（人による判断、手作業）に頼っている。
• 観測作業に労力・時間をとられ、解析・論文化が遅れがち。
• 近年はサービス観測が増加し、スタッフの負担増。
• 観測にかける労力・時間の削減を主な目的に、数年前から自動化に取り組んできた。
• 多装置、多モード、多テーマの汎用性は維持する。
• 完全な自動望遠鏡化は想定していない。

指向精度の改善

2.7'• これまでの状況• なゆた望遠鏡の指向誤差は1分角弱。指向精度を向上しないと観測自動化は難しい。
• 制御システムには指向解析 (pointinganalysis) 機能が組み込まれているが、ハードウェア構成の改変により使用できない。

▲ ポインティング直後の画像例 (NIC)• 簡易的な指向解析 (高橋, 2022, SAG)
• 2014-2022年にNICで観測した約1.8万枚の画像を利用。
• WCS情報をもとに指向誤差を測定。
• 指向誤差 (dRA, dDEC) の方位 (AZ, EL) 依存性を導出。

指向精度の改善
指向誤差の測定点

補間後「モデルマップ」

指向精度の改善
補正前

補正後

2.7'
光軸

2.7'

指向誤差が 4619 から 158 に減少

pinpointコマンド• NICの偏光観測 (視野: 24''x69'') やスリット分光観測については、前述の簡易補正のみでは不十分。
• 天体導入時に取得した画像を用いて、さらなる指向補正を行う"pinpoint"コマンドを開発。
• コマンド例: pinpoint nic "HIP 40071" -q 4
目標ピクセル位置（この例では第4象限の中心）
SIMBADから座標取得

装置• 主たる動作

天体名

1. 対象天体が視野内で圧倒的に明るいことが分かっている場合は、テスト画像中に写った最も明るい天体を対象天体と認識して補正。
2. WCS付与に成功した場合は、WCS情報をもとに補正。
3. 1, 2 とも不可の場合、近隣フィールドの明るい星を使って指向補正量 (ΔRA, ΔDEC) を測定。補正量を対象天体に適用。

数秒角の精度で導入できるようになった(ただし、曇るとNG)

手作業の自動化 (NIC)• 典型的な観測の流れ (NIC)

作業

ツール

人による判断・手作業

ポインティング

望遠鏡GUIソフト、または、nayuta -p コマンド

テスト画像から、目標天体を同定.

視野 微調整xyo set2

DS9をクリックしてオフセット値を与える

フォーカス合わせautofocus

副鏡 z 位置のサーチ範囲を引数に与え、DS9をクリックして星像FWHMを測定する
天体を指定

露出時間の決定特になし

テスト撮像し、DS9でカウントを見て、適切な露出時間を考える

ff

データ取得

Lo, DL手作業の自動化 (NIC)• 典型的な観測の流れ (NIC)

作業
ポインティング

ツール

人による判断・手作業

望遠鏡GUIソフト、または、nayuta -p コマンド

テスト画像から、目標天体を同定.

視野 微調整pinpoint: 補正機能付きポインティングコマンド。指xyo 定したピクセル付近に天体を導入。
set2
DS9をクリックしてオフセット値を与える

フォーカス合わせautofocus

副鏡 z 位置のサーチ範囲を引数に与え、

fulautofocus: サーチ範囲は気温から自動設定。画
DS9をクリックして星像FWHMを測定する
像に映るすべての星像のFWHMを測定。

ff

天体を指定

露出時間の決定特になし

テスト撮像し、DS9でカウントを見て、適切
exptime4sn: 数回テスト撮像し、所望するSNに必要な露出時間を考えるな露出時間を導出。

データ取得

Lo, DL手作業の自動化 (MALLS)• 典型的な観測の流れ (MALLS)

作業
分光器の光学設定

ツール
専用GUIソフト

人による判断・手作業
GUI操作して、グレーティング種類、スリット幅等を選択

ポインティング

望遠鏡GUIソフト、またテスト画像から、目標天体を同定

は、nayuta -p コマンド
スリットへの導入

onslitDS9上で目標天体をクリックする

オートガイド開始

autoguide

スリットビューア画像からスリットを視認し、ガイド目標ピクセルをクリック

データ取得

mls
※フォーカス合わせ(自動化済)、分光露出時間の決定（自動化未）は記載省略

fi

手作業の自動化 (MALLS)• 典型的な観測の流れ (MALLS)

作業
分光器の光学設定

ツール
専用GUIソフト

人による判断・手作業
GUI操作して、グレーティング種類、スリット幅等を選択

setmalls: コマンドラインで分光器を設定
ポインティング

望遠鏡GUIソフト、またテスト画像から、目標天体を同定

pinpoint:
補正機能付きポインティングコマンド。スは、nayuta-p コマンド
リット付近に天体を導入。

スリットへの導入

onslitDS9上で目標天体をクリックする

オートガイド開始

ndslit: コンパリソン画像からスリット位置を測定
autoguide
スリットビューア画像からスリットを視認
startAG: 天体位置の最終微調整、AG露出時間決定、し、ガイド目標ピクセルをクリック
AG開始

データ取得

mls
※フォーカス合わせ(自動化済)、分光露出時間の決定（自動化未）は記載省略

スクリプト観測ウェブアプリ
• コマンドを並べたスクリプトを実行すれば、ポインティングからデータ取得まで一気にできるはず。
• 観測者が進捗を把握したり、中断・修正・再開等がしやすいようにウェブア
プリ"obs-commander"を作成した。
メッセージ
観測スクリプト

実行中コマンド→観測停止
観測再開

1つの天体の観測を一気にできるようになった複数天体の観測への対応• 一晩中「手離し」の観測を実現するには、設定の異なる複数天体の観測を連続的に実施する必要がある。
• 1つのスクリプトにすべての観測を記述すると柔軟性に乏しい。
• obs-commander "Night-Plan" モードを追加。
• 「プラン」は 「レシピ」の集まり• 1つのレシピは1天体の観測情報（観測可能時刻、優先度、スクリプト等）• その時点で観測可能なレシピが優先度順に実行される。
観測可能時刻優先度

同一装置であれば、複数天体の観測を手離しで開始実行できるようになった

OISTER自動化への対応• OISTER観測の自動化が構想されている。

OISTER Observation Coordinator (OOC)[6] 進捗・結果に応じて依頼内容を調整

PI• なゆたでは、obs-commanderを用いたシステムで対応する予定。

[1] 観測方針の登録、観測発動

計画マシン

解析マシン
[5] 簡易解析[2] 観測依頼• 参考となる仕組み: J-GEM フォローアップ• OISTERサーバから「観測スクリプトを作るに足る情報」が提供されれば、自動でobs-commanderにレシピを登録し、実行することができる。

▲ obs-commander上の J-GEM レシピ作成画面

データ格納[4] 進捗報告、観測データ送信
MITSuME明野•岡山

かなた

なゆた

SaCRA

[3] 各観測所のローカルな自動システムで観測▲ OISTER自動観測システムの概念図 (仮)現状のまとめと今後• pinpointコマンド等、人力作業を省く基礎ソフトを開発した。
• スクリプト観測用ウェブアプリ obs-commander を開発した。
• 共同利用の継続観測やOISTERの長期モニター観測で利用。
• 単一の装置であれば、複数天体の連続観測を実現。
• 現状では、制御室に観測者がいることを前提としている。
• 条件の良い夜だけでも「後半夜の無人観測」を早期に実現したい。そのためには下記の開発が必要。
• 望遠鏡の安全確保（気象モニタの増強、降雨時のドーム自動閉鎖）• 遠隔地からの状況把握、制御• 緊急時のアラート• その他の開発要素• カセグレン装置とナスミス装置の切り替えのCUI化• 悪天候への耐性• WFGS2への対応

参考: 利用したソフトウェア• 2次元線形補間 (指向誤差マップ作成): scipy.interpolate.interp2d [py]• 天体検出、FWHM測定、簡易測光: source extractor または、sep [py]• WCS付与: astrometry.net (solve• 天体データベース (SIMBAD, Horizons等) 情報取得: astroquery [py]• pythonからのDS9制御: pyds9 [py]• エッジ検出 （スリット検出）: opencv (cv2) [py]• ウェブアプリ (obs-commander)のフレームワーク:

flfi• データベース (レシピ・プラン) SQLite