2021年11月24 -26日 (オンライン開催)
第12回光赤外線天文学大学間連携ワークショップ

OISTER観測による多波長でのVisorsatの等級測定
国立天文台 天文情報センター 石垣島天文台
特任研究員 堀内 貴史
共同研究者
花山 秀和, 大石 雅寿, 小野里 宏樹 (国立天文台), 中岡 竜也 (広島大学), 高橋 隼 (兵庫県立大学), 山中雅之, 反保 雄介, 伊藤 潤平, 野上 大作 (京都大学), 村田 勝寛, 細川 稜平, 高松 裕, 今井 優理, 伊藤 尚泰 (東京工業大学), Schramm Malte, 大出 康平, 金井昂大, 竹内 媛香, 大朝 由美子 (埼玉大学), 高木 聖子, 大野 辰遼 (北海道大学), 他 OISTER teamcollaborations

観測中に現れた人工衛星の斜線群

Image: NSF’s National OpticalInfrared Astronomy Research Laboratory/ CTIO / AURA / DELVE

超新星爆発の観測中に現れたスターリンク衛星の一群(クレジット: Victoria Girgis／Lowell Observatory)

広視野観測への影響も懸念される. 写真の視野は2.2°

スターリンク衛星による巨大衛星通信網• アメリカ合衆国のSpeceX社は巨大衛星通信網を利用した, 高速インターネットサービスの提供を目的に, スターリンク衛星の打ち上げを行った.
• 最初の60機が2019年5月に打ち上げられ, 現在の総打ち上げ数は2000機近く.
• 将来的には総計12,000機(＋30,000機追加する計画で42000機)に達する予定
太陽電池展開の想像図©︎ SpaceX

天文観測等への懸念とSpaceXでの対策• 人工衛星は太陽光を反射するので, 天体観測や景観等へ影響が懸念されている(IAUの声
明等).

無塗装スターリンク衛星(右)Darksat(左)表面塗装の効果あり!

• これを受けてSpaceXは衛星表面に黒色塗装を施したDarksatを試験機として1機だけ開発.
• Horiuchi+2020, Tregloan+2020b等の多色観測による結果：©︎ SpaceX1) Darksat(6-7等)は無塗装スターリンク(5-6等)より反射光フラックスが2倍小さい.
2) 長波長ほど明るい傾向となる.

衛星サイズ : 3×3×0.2 m3 の直方体
太陽光発電パネル: 7×3×0.05 m3

Visorsatの開発と等級測定• SpaceXはアンテナ部分に庇を取り付けたVisorsatも制作し, 第1号(STARLINK-1436)を2020/6/3に打ち上げた. 2020年8月の衛星57機は全てVisorsat.
Mallama (2021)• Mallama (2021)による等級(V)の見積もり：
6等後半から7等中盤が多く, 通常のスターリンク
衛星より1等程暗い傾向にあるが, 単一波長だけでは詳細がわからない. → 多波長観測が不可欠.

• 紫外/可視・近赤外でVisorsatの観測結果は未出版→ 光・赤外大学間連携(OISTER)にて観測を遂行

OISTER観測での参加機関と望遠鏡©︎ OISTER Web

OISTERの機関として7つの観測所が参加し, STARLINK-1436(Visorsat)と無塗装スターリンクの多色観測を実行中. 周辺の星との相対測光で衛星の等級を評価.

済

済

観測期間

望遠鏡/装置使用したフィルター

石垣島天文台

105 cm むりかぶし望遠鏡/MITSuMEg', Rc, Ic

広島大学

1.5m かなた/HONIR

V, J, H

西はりま天文台

2.0 m なゆた/NIC

J, H, K京都大学

0.4 m 望遠鏡

B

明野観測所

0.5 m MITSuMEg', Rc, Ic©︎NAOJ

埼玉大学

0.55 m SaCRA/MuSaSHI

r, i, z北海道大学

1.6 m ピリカ望遠鏡/MSI

U (航跡映らず)

観測の達成度は70%程度

Visorsatの等級の測定結果1 <石垣島天文台>• Visorsat：概ね5-6等中盤で観測波長が長いほど明るくなる.
バンド (等級は運用高度550kmで規格化)

2021/02/14

2021/3/14

g' band6.95 ± 0.06 mag

6.44 ± 0.08 mag

Rc band5.61 ± 0.05 mag

5.59 ± 0.04 mag

Ic band5.21 ± 0.06 mag

5.09 ± 0.06 mag• 無塗装スターリンク：Visorsatより1等以上明るい
2021/2/5
g' band (運用高度550kmで規格化)

5.12 ± 0.17 mag

Rc band (規格化)

4.40 ± 0.08 mag

Ic band (規格化)4.04 ± 0.12 mag

Rc

g'Ic

Rc

Visorsat2021/2/14

Visorsatの等級の測定結果2 <埼玉大学>• 位相角(太陽-衛星-観測者)が2回の観測でほぼ同じ(~110°)でも等級に1等近く差が出るという結果になる.

SaCRA/MuSaSHIで取得したVisorsatの解析結果
r band (運用高度550kmで規格化)

2021/03/11

2021/03/15

7.52 ± 0.08 mag

6.55 ± 0.04 mag

rzi band (規格化)

7.20 ± 0.06 mag

6.28 ± 0.06 magz band (規格化)

6.93 ± 0.09 mag

6.24 ± 0.11 mag

i

2021/03/15

Visorsatの等級の測定結果3 <西はりま天文台>• 無塗装スターリンク衛星のJ, K bandの等級は先行研究(Tregloan-Reed+ 2020b)と同程度.
• Visorsatと無塗装スターリンクで同程度だが, 無塗装の方は位相積分(太陽-衛星-観測者のなす角に依存した球面反射成分)の値が小さいことがわかった.

Visorsatの飛跡

Nayuta/NICの解析結果
VisorsatH
STARLINK-1113 (無塗装)

J band (運用高度550kmで規格化)

3.80 ± 0.24 mag

3.70 ± 0.08 mag

H band (規格化)

3.38 ± 0.07 mag

3.46 ± 0.05 mag

K band (規格化)

3.65 ± 0.11 mag

3.54 ± 0.07 mag

KJ反射率と庇のカバー率 (g, Rc, Ic, r, i, z band)g, Rc, Ic• 黒体放射モデルから無塗装ス
ターリンク衛星の反射率aを求める → a = 0.15
• 反射率が求まったら, Visorsatの庇のカバーリングファクター(0≦ Cf ≦ 1)を見積もる.

Cf = 0.50

r, i, zg, Rc, Ic

Cf = 0.35

g, Rc, Ic• Cf_g, R, I = 35 ~ 50 %程度.

反射率 0.15

反射率と庇のカバー率 (J, H, K band)• J, H, K band (Nayuta/NIC)においても黒体放射モデルでフィット可能であることを確認.
• カバーリングファクターCfは0.57と見積もられる.

Cf = 0.57

反射率 0.48

まとめと展望• Space Xは2020年6月3日に, 太陽光反射を軽減すべく, 機体本体に庇を取り付けたVisorsatを打ち上げた.

• 単色での測定結果(Mallama 2020)では6-7等(見かけ)で無塗装の衛星より1等級ほど暗いが, 多色での測定結果は報告されていないのでOISTERに観測を依頼.
• 多色でのVisorsatの測定の結果, 無塗装スターリンク衛星より1等程度暗く, 2機とも観測波長が長くなるほど明るくなることがわかった.
• 黒体放射モデルから, 反射率と衛星本体に対する庇のカバー率を見積もった (0.35 < Cf < 0.6).

• 観測の達成度は70%程度. 今後も位相角依存性などを詳細に探るべく引き続きデータの取得を行い, カラータームを用いた補正も検討し解析を進める.

位相角(太陽-衛星-観測者)との関係• バラついているが, 二次関数フィッティングでは位相角が90°付近で最も暗く観測される傾向にある(Mallama 2021).

Mallama (2021)位相角(太陽-衛星-観測者)との関係

本研究• 位相角が90°付近で最も暗く観測される傾向(Mallama2021).
• 本研究においても今後データ数を増やすことで, 同様の傾向を示すことが期待される. カラーには位相角依存性あり?

無塗装Starlink

VisorsatとDarksatどっちが暗い?

• A：まだ決着はついておらず,検証中. データを増やすことが大事だが, 今のところ同等の明るさ(6-7等台, 同様のフラックス値)をもつという認識.

Horiuchi et al. (2020b)

大型望遠鏡への影響 (LSSTに関するシミュレーション)• Tyson+(2020)によるシミュレーション- 大型望遠鏡では右の写真のような影響が出ることが想定される(無塗装Starlinkではg ~15 mag/arcsec2).
- アルゴリズムでも差し引きが難しい
・衛星はtwillightで見られることが多いが, たまに25時台にも観測可能な位置に航行している.

ロンドンでの機体数の時間依存性 (シミュレーション, 夏)• ロンドンでのシミュ
レーション結果は(Mcdowell 2020)V =7.5がdominant.

ロンドンでの機体数の時間依存性 (シミュレーション, 冬)

Mcdowell (2020)

大型望遠鏡への影響 (LSSTに関するシミュレーション)• 見かけの等級が何等でサチるか, 見積もられている(Tyson+2020).

近赤外 (J, H, K)への影響に関して• Tregloan+ (2020b)はJ, KバンドでのDarksatの等級などを測定• VisorsatとDarksatの明るさは同程度?
Tregloan+(2020b)
左からg, r, i, J, K
各波長での塗装の効果(%), Darksat/無塗装

観測/解析に関して