2022年度光赤天連シンポジウム 「2030年代の天文学と光赤外地上・スペース計画: 日本の戦略」
国立天文台すばる棟大セミナー室/ハイブリッド 2022年9月19-21日

TAO計画（東京大学アタカマ天文台計画）

土居守 東京大学大学院理学系研究科天文学教育研究センター
TAOプロジェクトチーム

1

概要

東京大学アタカマ天文台（TAO）計画
口径6.5m光赤外線望遠鏡をアタカマの世界最高地点（5,640m）に建設
赤外線の広い窓を活用し、宇宙論から太陽系まで広範なサイエンスを実施
次世代を担う大学院生・若手育成を重視し、サーベイ・萌芽的研究を推進
TAO6.5m望遠鏡（想像図）

チャナントール山(5640m)TAO
5600m

大気透過率•
•
•

ALMA

VLT
2600m

2

組織
東京大学理学系研究科附属天文学教育研究センター（天文センター）が中心となって建設中

三鷹本部・大型実験棟

木曽観測所 1974年より
1.05m シュミット望遠鏡
広視野動画カメラ・トモエゴゼン

アタカマ観測所（2009年～ 口径1m miniTAO望遠鏡）
観測所長
宮田 隆志
TAO代表
吉井 譲
天文センタースタッフを中心に東京大学の天文学教室・理学系研究科・宇宙理工学連携研究機構・全国の大学・研究所の関係者の支援をうけて6.5mTAO望遠鏡を建設中
時間軸天文学部門増設 2022年度～
銀河天文学部門・恒星物理学部門・電波天文学部門に加えて3

サイト 調査は1998年から（衛星等）
乾燥したアタカマ砂漠・世界最高標高の天文台

Weatherstation

MIR wholeSky camera

2006-

DIMM
(seeing monitor)

miniTAO望遠鏡(口径1m)
2009-

晴天率: ~ 80%
可降水量: < 0.38mm @ best 10%
シーイング: 0.69 arcsec @ V, median

赤外線観測サイト
として最適
4

miniTAO１ｍ望遠鏡で赤外線の大気の窓を確認

Paa 線(1.875mm・Hバンド端)の撮像例

30mm帯の撮像例

Galactic Center (SgrA)

Planetary Nebula : NGC6302

Jupiter

10″
blue : Pa-beta (ANIR) , red : 31un

LBV : η Car

10″
blue: 8.9um, green: 18.7um
red : 31un

10″
31un 55

南天

すばるとあわせてほぼ全天を覆う⇒ ALMA・衛星望遠鏡・重力波,ν,宇宙線観測等との強いシナジー（世界に口径6.5m以上の光赤外線望遠鏡は16台稼働中・3台建設中）

Visible time (hours)

86LMC

TAO

SUBARU

GCNGP

SGP

4Orion20-50

0Declination (deg)50

airmass < 1.56

望遠鏡
TAO 6.5m望遠鏡

ナスミス

ベントカセグレン

パラメータ

ナスミス

値

備考

望遠鏡タイプRitchey-Chretien

最終F値

12.2

すばる望遠鏡と同じ

主鏡タイプ

ハニカム軽量ミラー

E6 ボロシリケイト

主鏡サイズ6,512mm

主鏡 F値

1.25

観測焦点

2ナスミス+2ベントカセ

第三鏡回転によって切替

光学系結像性能

Θ80 diameter 0.339”

Subaru 0.361”

指向精度<2 arcsec

全天任意方向に対し追尾制度0.05” for 1min open-loop
0.2” for 10min open-loop
0.05” w/ AG

耐風性能

精度補償条件：<10 m/s
運用条件：<14m/s

観測運用棟
観測室
実験室
蒸着用チャンバー
前室のクリーンブースなど

第三鏡の回転で４台の装置を迅速に切り替え → 突発天体観測対応能力高7

観測装置サマリー

第一期観測装置
ナスミス焦点MIR: MIMIZUKU:NIR: NICE ⇒ SWIMS
開発・計画中の観測装置
ベントカセグレン焦点
・TARdYS (high Resolution Y-band Spectrograph)high dispersion spectrograph with a LASER combλ/Δλ = 60000, 0.84-1.12μm
光ファイバーで山頂運用棟へ

Vanzi博士 (Univ. of Catolica, Chile)・東大吉岡研究室
他と共同開発中・可視撮像分光装置
高速撮像機能・分光機能を有する可視装置
予算申請中

2030年代に向けさらなる機能強化もサイエンス＋人材育成
8中間赤外線観測装置 MIMIZUKU• Mid-Infrared Multi-field Imager for gaZingat the UnKnown Universe– 広い波長域• InSb channel : 2-5.6um• Si:As channel : 6-26um• Si:Sb channel : 25-38um

Field stacker– 6.5mの回折限界による高い空間分解能• 0.4 arcsec @ 10 micron• 0.8 arcsec @ 20 micron• 1.2 arcsec @ 30 micron– 高精度モニター観測• フィールドスタッカーにより視野25分角内で２天体同時観測可能

MIR-L

NIR

MIR-S
9

中間赤外線観測装置 MIMIZUKU

すばる望遠鏡での機能試験観測2018 年5月・12月 基本性能確認
現在三鷹で30ミクロン帯等の準備中

Mars in 10μm

Simultaneous imaging of
2 objects 4’ apart

10近赤外線分光器 NICE

Near-IR Cross-dispersed
Echelle spectrograph– Echelle式分光 NIR全波長域
0.91–1.20um, 1.17–1.47um,1.41–1.78um, 1.73–2.45um
λ/Δλ ~ 2600
スリット幅・長0.5"x1.5", 1.0"x1.5", 1.5"x1.5"– 撮像
50x50arcsec, 0.20arcsec/pix
F-IJ, F-HK, K, Brγ– NICMOS-3 array(HgCdTe, 256 x 256 pixels)

北海道大学ピリカ1.6-m望遠鏡から移設、アタカマへ設置準備中
11近赤外線観測装置 SWIMS• Simultaneous-band Wide field Infrared MOS
SpectrographSlit mask
IFU

– ２バンド同時撮像・分光(0.9-1.4 um & 1.4-2.5 um)– 広視野
9.6’ Φ, 0.126 arcsec/pix,
2 x 4k x 4k pixels– 多天体スリット分光
0.9-2.5mm simultaneous spectroscopy
for ~30 objects (R~1000)– IFU分光モード立ち上げ中– 検出器追加（現在は視野の半分）・中分散高感度モード予算申請中

HAWAII-2RG
x2 ⇒ x4へ
12

近赤外線観測装置 SWIMS• TAO/SWIMSの特長– 高い大気透過率により0.9 – 2.5 umをほぼ覆う分光可能– 広視野多天体分光可能– 広視野２バンド同時撮像可能

VISTA/VISTACamUKIRT/WFCAM
CFHT/WIRCamTAO telescope FoVTAO/SWIMSMagellan/FourStar

VLT/HAWK-IKeck/MOSFIRE
Subaru/MOIRCS

T<50% at TAO

T<50%at VLT

TMT/IRIS
HST/WFC3

JWST/NIRCAM

13

近赤外線観測装置 SWIMS
すばる望遠鏡でPI装置として公開中
今年いっぱいで終了、三鷹へ移設して機能追加予定

JHKs three-color composite of S106

TAOのサイエンス

多様なサイエンスケース•

東京大学以外の研究者も多数交えたグループで観測計画を立案

銀河形成進化– クエーサーで探る初期宇宙の物質集積史– 初代銀河の形成と進化(z>6)•

SWIMSで狙う
z>7.2クエーサー

高いサーベイ性能–

冷たい物質降着と銀河の質量獲得メカニズムの解明(z=1-3)–

多色広視野撮像で迫る銀河の質量集積史(z=1-3)–Paα で探る近傍宇宙の星形成パノラマ(z~0)–

遠方赤外線銀河のダスト放射物理の解明(z~3)

銀河系内の星宇宙論・マルチメッセンジャー/ 時間軸天文学– 反響法による最遠方宇宙の膨張測定– 標準光源としてのIa型超新星– 重力波源のフォローアップ–

塵に埋もれた超新星の近赤外線サーベイ–

近傍超新星の近赤外線測光・分光観測

ほぼ連続した大気の窓

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サイエンス

多様なサイエンスケース（続）






星間物質


大小マゼランによる宇宙のダストの起源解明

晩期型星のダスト形成過程の解明

系外惑星・星惑星系形成


近傍星におけるGiant Impactの系統調査

惑星大気の観測

トランジット周期変動 (TTV)

近赤外高分散分光器TARdysによる系外惑星系の観測

30um帯（~100K）で最高空間分解能

太陽系内天体

金星の赤外線モニタ観測

イオの赤外線観測による木星磁気圏の解明



彗星の中間赤外線観測

小惑星の含水鉱物サーベイ

Giant Impact後のカスケード衝突のイラスト（上）と、N体シミュレーションによる衝突頻度のマップ（左）。衝突は元々Giant Impactが起きた場所で高いピークを持つ。

16

６．５ｍ望遠鏡建設
2017年11月 サンチャゴにて起工式
2018年4月道路拡幅工事開始 一つのカーブの側面仕上げを除いて完成

起工式 2017年11月

道路拡幅工事17

光学系・蒸着窯
光学系
アリゾナ大学ミラーラボにて主鏡・副鏡・第三鏡支持機構を含め完成

蒸着窯
日本で完成、試験を終えてアタカマへ輸送済

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望遠鏡・エンクロージャ
望遠鏡架台
2018年2月に完成、一度台風高潮被害をうけるも再製作してアタカマへ保管

エンクロージャー上部
完成して日本で仮組、分解してアタカマへ輸送・組み立て中

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山頂工事 プロジェクト進捗：山頂工事
これまでにエンクロージャー下部の鉄骨工事
ブリッジ工事
山頂運用棟の鉄骨・外装・屋根工事が完了

山頂工事 プロジェクト進捗：山頂工事
これまでにエンクロージャー下部の鉄骨工事
ブリッジ工事
山頂運用棟の鉄骨・外装・屋根工事が完了

望遠鏡架台・光学系
望遠鏡架台・蒸着装置
5000mの保管場所（ALMAに提供していただく）で保管中
保護梱包の破損などは適時修繕し、組立に備える

望遠鏡光学系
COVID-19の影響で延期していた鏡・セルの輸送 2022年9月19日にツーソン出発
11月頃にチリ到着、カラマの倉庫で保管予定

山麓施設
TAO山麓施設@San Pedro de Atacama

現地作業のベースキャンプとして2014年から運用
実験室・観測室・居室・食堂・宿泊x5
現在は工事の拠点として利用中
大型観測装置の立上げ保守用の大型実験室建設中
初期の観測は山麓施設から遠隔で実施予定

国際協力
チリ関係
・観測所の長期運用に必要な準備
法人格取得 （2007年8月）
50年のサイト借地契約（2015年3月）
2018/9のチリと共催の学術フォーラム（日光）・地元との友好関係
サンペドロ・デ・アタカマ市が東大の土地にプラネタリウムを運営予定
・チリ大学との天文学研究についての科学協力合意書 2003年1月
学術免税他の優遇措置
・高分散分光器をカトリカ大と共同開発 東大はレーザーコム開発中・チリ大学・カトリカ大学とは数年に一度、共催の日本チリ学術フォーラム実施
今年11月28日から第四回フォーラム Puerto Varasにて
近隣プロジェクト
・ALMA 道路・土地利用等で支援いただく
・CCAT (Cerro Chajnantor Atacama Observatory)
約200m離れたところに6m広視野電波望遠鏡（CCAT-prime）
コーネル大学中心、ドイツ２大学他の国際計画
 2017/4/18 に計画推進が決定・2024年ファーストライト予定
道路・電力・光ファイバー・運用などで協力を進める24

スケジュール
・計画は1998年にスタート
・ H24補正予算以降、6.5m望遠鏡の製作を本格化
・エンジニアリング・ファーストライト 2023年を予定
・科学観測開始は2024年を予定
1998

2001

計画スタート20092012

H21補正予算

H24補正予算（観測装置製作）（国内開発調整）

2019

2023

Eng. FL
科学観測開始準備期
サイト調査
アクセス道路建設
miniTAO望遠鏡設置

2024

国内開発調整期
主要素設計
製作
仮組調整
（日本・米国）

現地建設期
エンクロージャー
望遠鏡
蒸着装置

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観測時間利用案
科学観測時間
チリ時間10%（固定）・有償共同研究枠5-15%を差し引いた残りをTAOプロジェクト時間と国内枠５：４で分配① チリ時間 10%
チリ研究者に割り当てられる時間② 有償共同研究枠 5-15%
国内外の研究者に有償提供して共同研究を実施する時間➂ TAOプロジェクト時間 47-42%
プロジェクトとして科学観測を実行する時間④ 国内枠時間 38-33%
国内研究者に割り当てられる時間

TAO望遠鏡時間①②➂④➂:④=5:426

TAO国内枠に向けた準備
Science Advisory Committeeの立ち上げ- TAO望遠鏡国内枠に対するSACを立ち上げる- 国内枠の獲得目標、運用方法、公募方法などを議論- すばるなど他望遠鏡との協力についても相談- 外部委員（敬称略）：
秋山（東北大）、太田（京大）、伊藤（兵庫県立大）、川端（広島大） ← GOPIRAによる推薦
松尾（名古屋大）、山下（国立天文台）- 2022/10/4に第一回を開催予定 その後、2023/6までに公募の詳細を詰める- すばるSACとも情報共有中

最速でS24Aから一部を公開？

- 2023/7からはプロポーザルの公募実務を開始- チリ時間は観測最初期から要求あり先に公募をかける必要があるかも？
2022

910

11

2023
1201

02

03

S22B

04

05

06

07

2024
08

09

S23A

OPEN TIME FOR JAPANCHILEAN TIME
CfP10111201020304

S23B

05

S24A

06

070809

10S24B

CfP

CfP
CfP

CfP

27

まとめ・今後の予定
まとめと今後の予定
まとめ
・現地でのTAO建設作業進行中
新型コロナウイルス蔓延による影響
工事休止、国境閉鎖、許認可の遅れなど
エンクロージャー下部・運用棟建設進行
・最後の大型部品である鏡・セル輸送を2022/9から実施
・山麓実験棟・装置の準備も進行中
・観測に向けた組織整備・人員確保も進めている

今後の予定
2022.11に鏡を含めたすべての部品がチリ到着
エンクロージャーの完成後、望遠鏡組み立て開始
2023年の観測開始を目指す
科学運用は最速でS24Aセメスターから