すばる望遠鏡持ち込み装置
MIMIZUKU の苦労と教訓
上塚 貴史 (東大天セ)
MIMIZUKU team

第八回可視赤外線観測装置技術ワークショップ @ 三鷹 (2019/02/26)

概要• MIMIZUKU の概要• 試験観測までの道のり• 苦労と教訓MIMIZUKU の概要

TAO 搭載中間赤外線観測装置
MIMIZUKU
広い観測波長帯NIR ch : 2.0 – 5.3 µm
MIR-S ch : 6.8 – 26 µm
MIR-L ch : 24 – 38 µm

2 – 38 µm にて撮像・低分散分光(R~100-600)

高い空間分解能
NIR: ~0.5 秒角 (シーイング限界)
10-µm 帯: ~0.6 秒角 (ほぼ回折限界)
20-µm 帯: ~0.8 秒角 (回折限界)
30-µm 帯: ~1.2 秒角 (回折限界)

大気吸収較正の高精度化
特殊装置フィールドスタッカー (後述)

フィールドスタッカー
Telescope

望遠鏡焦点に置いた三枚の可動鏡で二つの観測視野を選択・結合二つの視野を同時観測

フィールドスタッカーによる大気吸収較正
大気透明度が変化
標準天体 観測天体

大気の変動が補正できる
補正できない従来の較正
中間赤外線  明るい天体が少ない 一視野では較正不可
 大気の時間変化で較正に難フィールドスタッカーによる較正視野合成を実現 明るい天体と同時観測
 正確な較正を実現

望遠鏡

大気変動の影響が強い波長帯の観測を高精度化・安定化
 時間変動現象の赤外線モニタリングの実現

Origin of Terrestrial Material
from dying stars to aborning earths
From dying stars to aborning earths
Dying Stars
Interstellar

Earth

PlanetesimalPrimordial bodies

ProtoplanetaryDisk?

?
Supernovae?

Modified?
Modified?

Planetary nebulae

Destroyed?

?

The history is recordedin small grains…

ダストの形成・破壊・成長・惑星形成までを時間変動現象を新たな切り口として探る

すばる望遠鏡への持ち込み① TAO での円滑な科学運用の開始のための準備• 実観測を通した装置性能評価• 装置の不具合箇所のあぶり出し• 観測制御コマンドの整備• 解析パイプラインの整備②フィールドスタッカーの有効性の実証• 実際に大気吸収較正精度は改善するのか• そもそも天体の導入はできるのか試験観測までの道のり

試験観測までの道のり
デュワー

FY2009FY2010

フィールドスタッカー

光学系

冷却駆動系

検出器
(NIR)

検出器
(MIR-S)

検出器(MIR-L)

調達
製作

製作

製作

FY2011
腐食× 発生FY2012FY2013
FY2014

試験
改良

試験
改良

製作
試験

再製作

FY2017

調達

調達

試験
開発
試験

FY2015FY2016←初期プロポーザル

統 合 試 験(主に MIR-S ch)

開発
試験開発
試験

←Acceptance review←Delta review←Pre-ship review

試験観測までの道のり

日本での開発を”一旦”完了 (17/8-9)

ハワイ到着 (17/10)

ハワイにて準備 (-18/5)

山頂へ輸送 (18/5)

試験観測までの道のり

無事に取付を完了して試験観測を実施

MIMIZUKU 試験観測
MIR-S ch + フィールドスタッカーの機能試験• 通常撮像• 通常分光• フィールドスタッカー撮像• フィールドスタッカー分光

MIMIZUKU 撮像観測
※チョッピング観測により正・負の画像が現れる

火星の 11.8 µm 画像 (18/07/03)

オリオン BN/KL 領域赤外線画像 (18/12/18)

次世代大型アレイの採用で大きな天体も効率よく観測可能に

MIMIZUKU 撮像観測
N-band Image(Log-scale)

α Her @ 11.6 µm

Q-band Image(Linear-scale)α Hya @ 20.8 µm

FWHM

Sys. Eff.※

N-band@ 11.6 µm

0.32”18%

Q-band@ 20.8 µm0.59”

2.1%※ Sys. eff. incl. tel. and sky

標準星を用いて空間分解能・システム効率を評価• 回折限界像を達成• N-band 効率は想定通り• Q-band 効率は想定より少々低い (原因は調査中)

MIMIZUKU 分光観測
N-band Spc.

[NeII]@12.8 µm

Q-band Spc.

4.8 pix~0.073 µm(FWHM)[SIII]@18.7 µm

8.1 pix~0.19 µm(FWHM)

M1-11 の分光観測画像 (左: N-band, 右: Q-band)

波長分解能評価
N-band: [NeII] 輝線 @ 12.8 µm を 0.073 µm の FWHM  R = 180 (設計値 170)
Q-band: [SIII] 輝線 @ 18.7 µm を 0.19 µm の FWHM  R = 100 (設計値 100)
 波長分解能は設計値通り

フィールドスタッカー観測
Imaging

Spectroscopy

フィールドスタッカーを用いた V582 Cas & V530 Cas 観測画像
(二天体の角距離は 4.3 分角)

二天体の導入もコマンド一つで実現 (誤差 ≲ 15秒角)• 二天体の座標入力  望遠鏡・フィールドスタッカー駆動量計算  駆動

GUI による微調整コマンドも整備 (誤差 ≲ 1.5 秒角)• 検出器上の移動量指定  望遠鏡・フィールドスタッカー駆動量計算  駆動

フィールドスタッカー撮像
11.6 µm 撮像 (薄曇)10% (P-V 値) の大気透過率変動があるなか、フラックス比を 1.7% (std) の精度で測定。
 パーセントオーダーの測光が可能

フィールドスタッカー分光
Q-band 分光~25 µmDerived Q-band spectra~17 µm• ≧10% (P-V 値) の変動が見られた• スケールすると 2-10% (std) におさまる (スリットロス変動が主)• 比のスペクトルは ±5% 程度の揺らぎはあるが大気較正は効いている 地上 Q-band 分光観測 (17-24.5 µm)も実現

試験観測の成果

試験観測を一通り完了
撮像・分光の基本動作確認
フィールドスタッカー観測手法の確立・実証 D論 (内山允史氏) ・M論 (吉田泰氏)につながる

苦労と教訓苦労と教訓: 輸送について
輸送内容:
空輸: 光学系 (約 4 日; NRTLAXHNLHILO)
海運: デュワー本体 (約 2 週間)

梱包: 真空バリア梱包 (窒素封入は断念)
総費用: **** 万円超 (空輸・海運・防振パレット製作)
所要期間: 半年ほど**** の部分は直接お問い合わせください。

仕様書作成・公開見積合わせ・パレット製作・梱包・輸送・現地開梱
他: インボイス作成・該非判定書類収集・免税対応調整 (大学・観測所)

教訓: 結構前から動き出す必要。費用もかなりかかる。
振動が少ないと期待して空輸を利用したが、6G 近くかかった。
輸送の専門用語が多い。さすがに天文学者もやりたくない。。

苦労と教訓: 現地調整作業
現地調整作業:
第一回: 2017/10/10 – 11/16 (開梱・冷却試験)
第二回: 2018/03/18 – 03/29 (装置調整)
第三回: 2018/05/04 – 07/10 (冷却試験・第一回観測)
第四回: 2018/07/23 – 07/27 (第1.5回観測)
第五回: 2018/11/20 – 12/27 (ソフト調整・第二回観測)

作業体制:
数名のホテル or Airbnb 暮らし

費用:
渡航費 (****万円/人回)
レンタカー代 (**** 千円/日)
滞在費 (**** 万円/人日)**** の部分は直接お問い合わせください。

教訓 (反省):
長期滞在になるとメンバーのストレスケアが重要

普段と違う生活: 働き方の違い・娯楽が少ない・ムシが多い・食事問題 etc.
十分に余裕を持ったスケジュールが必要苦労と教訓: Interface Control
MIMIZUKU も大きすぎました: 2.00 × 2.00 × 2.07 m
すばる望遠鏡データブック 第一版 より

教訓: Interface Control Document は重要
仕様は書類に正しく記録する
変更は適切に反映する
怪しいところは確認する

苦労と教訓: Interface Control
結局どうしたのか: 専用取付台車を作成

苦労と教訓: Interface Control
結局どうしたのか: 専用取付台車を作成

全てが手動 = 作業人数がかかる (6 – 8 人)
時間的・体力的負荷も大きい
仕様策定・レビュー・製作の日数・コストも大多大なご協力と寛大な対応をありがとうございました。

苦労と教訓: Interface Control

山頂輸送
装置輸送車 BSIT にも入らない 蓋をかさ上げして対応
沖田さんの多大なご協力、誠にありがとうございました。

苦労と教訓: 各種レビュー
観測までに受けたレビュー
Acceptance review @ 2015/08/25:
プロポーザル内容, 装置仕様, 科学観測内容, 提案理由, 試験項目, 作業予定,必要リソース (空間・電力・設備 etc), 体制, 資金, 開発状況

Delta review @ 2016/09/30:
改訂プロポーザル内容, 提案理由, 試験項目, 作業予定,必要リソース, 体制, 資金, 開発状況

Pre-ship review @ 2017/07/13:
装置重量, 試験項目, 作業予定,必要リソース, 体制, 資金, 開発進捗, 安全

お互いに手間ではありますが…
PJ を振り返る良い機会
課題と解決についての相互共有

Summit transport review @ 2018/06/06:
装置ステータス (重心・重量・サイズ), Hilo 試験結果, 装置取り付け手順,望遠鏡-装置 I/F (ハード・ソフト・電力・冷媒・ネット), 停電時対応,山頂輸送手順, 山頂作業予定, 体制, 安全

Engineering obs. review @ 2018/06/28:
装置ステータス, gen2 つなぎこみ状況,装置取り付け手順, バランス試験確認, 試験項目, 体制, 安全

安全は難しいので…前もって相談し、現実的な解に落ち着けて対応を。

まとめ
ハワイ観測所の寛大な受け入れ措置と多大なご協力の結果、MIMIZUKU の試験観測を成就。

MIR-S ch の立ち上げとフィールドスタッカー観測の確立・実証を達成。

様々な苦労と教訓は皆様のご参考になれば。