せいめい望遠鏡＋KOOLS-IFU
向け自動観測システムの開発状況
前原裕之（国立天文台）

KOOLS-IFUでの既存の観測手順• 望遠鏡を指向誤差補正用天体に向ける（望遠鏡制御プログラム）• 視野確認カメラで指向誤差を補正（視野確認カメラ）• 望遠鏡を観測天体に向ける（望遠鏡制御プログラム）• 装置をKOOLS-IFUに切り替える（望遠鏡制御プログラム）• ガイド星を選定→オフセットガイド開始（ 望遠鏡制御プログラム＋オフセットガイダー制御プログラム）• 積分開始（KOOLS-IFU制御プログラム）• 操作が煩雑最終的に作りたい自動観測システムの全体像
気象データ
観測条件判定システム
観測評価プログラム

ドーム・望遠鏡
キューシステム

観測予約DB（コマンドの自動生成）

観測ログ
DB
ログ収集

観測装置

ユーザーインターフェース

観測データ
観測者

キューシステムの概要
キューデー
タベース
キューシステムのステータス・コマ
ンドリスト・実行
ログ

Webインターフェース

ユーザーイ
ンター
追加・削除
フェース
停止・再開・終了
コマンド選
択
コマンド実行
実行ログの記録
ユニット
ステータス取得

起動

観測コマンド群
今日お話しする部分
望遠鏡・ドーム・観測装置

観測自動化にあたっての課題（１）• 指向誤差補正• せいめい望遠鏡＋KOOLS-IFUの観測自動化の最大の障害• 指向誤差（RMS ~7”）＞KOOLS-IFUの視野（7.7“×8.1”）• 指向誤差の補正を何らかの外部カメラで自動化しないと天体がIFU視野に入っていることを保証できない• ガイド星選択• 観測天体の座標から適切なガイド星を選択し、適切な位置にオフセットガイダーの載ったステージを動かし、写った星を自動選択する機構の実装が必要

観測自動化にあたっての課題（２）• ネットワーク経由での望遠鏡・装置の制御• 望遠鏡制御プログラム、KOOLS-IFUプログラ
ムは当初からネットワーク経由での制御に対応• オフセットガイダー他もWebブラウザを用いて操作するので、ネットワーク経由での制御には問題ない指向誤差補正の自動化• オフセットガイダーを使って荒く補正• 視野：~3分角• 限界等級：~15等@5秒積分• 問題点：精密な指向誤差には向かない• KOOLS-IFUの視野とは~22分角離れてた場所を見ている。
• ローテータの回転角によってKOOLS-IFUの視野中心との相対位置がずれる• KOOLS-IFU自体を使って再補正をする• ファイバーバンドル内の任意のファイバー位置へ導入• 視野：~7秒角• 限界等級：~12等@10秒積分

1pixel = 0.28”

動作試験の概要• KOOLS-IFUの２D画像を使い、YZCMiで近くの天体（8等星）で位置合わせ（5秒積分）• その後、YZ CMiに向けて観測画像を取得（30秒積分）• 再び位置合わせ用天体に戻って追尾誤差を補正（5秒積分）• YZ CMiを観測（30秒積分）• 上記を繰り返す• 2月8日：18:40-20:04• 2月11日：18:45-19:30• どの程度の位置の再現性があるか、観測時間のロスはどの程度かを評価

ターゲット

位置合わせ用天体

KOOLS-IFUの2次元画像を用いた位置補正• ファイバー端面の２D画像上での星の重心位置が指定位置になるように補正• 例：YZ CMi• 目標位置：X=15, Y=9• KOOLS-IFUの２D画像を使い、YZ CMiで近くの天体（8等星）で位置合わせ（5秒積分）• その後、YZ CMiに向けて観測画像を取得（30秒積分）• 再び位置合わせ用天体に戻って追尾誤差を補正（5秒積分）• YZ CMiを観測（30秒積分）• 上記を繰り返した時のYZ CMiの位置のばらつきを評価• 2/8：X_RMS=0.92、Y_RMS=1.10• 2/11：X_RMS=0.62, Y_RMS=0.95• ~0.6”/pix. (15”/25 pix.)

観測自動化の手法• 位置補正用天体導入• 望遠鏡制御プログラムへネットワーク経由ででコマンドを送る• 指向誤差補正• オフセットガイダーを用いて位置補正用天体を検出→補正• 視野～3分角なのでポインティング誤差の補正には十分• その後、KOOLS-IFU自体を使ってIFU上の狙った位置に天体を導入• 観測天体導入• ガイド星自動選択• 天体位置からをオフセットガイダーの可動範囲にある14等より明るいガイド星をカタロ
グから探し、適切なステージ位置へ移動• →オフセットガイダーの積分開始＆ガイド星検出• →ガイド星の目標位置を設定し、追尾補正を開始• 積分開始・オフセットガイダーON/OFF• それぞれの制御プログラムへコマンドを送るスクリプトの例 (V1674 Her)

装置をKOOLS-IFUに切り替え
オフセットガイダーのステージ位置を位置補正用の値に変更#!/bin/sh
rm -f /tmp/.ag_on
stagectl.py --x=30 --y=24 --z=55 --inst=kools
agctl.py --exp=off

オフセットガイダーの積分を開始

agctl.py --set-exptime=5000 --set-gain=10
agctl.py --exp=on
agctl.py --feedback=off
n2rot.py star
nearbystar.py V1674_Her 18:57:30.95 +16:53:39.6
dither.py 0 1200
agtarget.py
dither.py 0 -1200
find_obj.py 11 10 6.0e5 2.0 VPH-blue 10 || exit
tel_point.py V1674_Her 18:57:30.95 +16:53:39.6
search_guidestar.py || exit
find_guidestar.py || exit
agctl.py --feedback=on
kools.py VPH683_O56 300
kools.py VPH683_O56 300
kools.py VPH683_O56 300
agctl.py --feedback=off
agctl.py --exp=off

ローテータのモードをSTAR(RA-DEC方向を固定)に変更
目的位置近くの位置補正用天体をGaiaEDR3から探して導入
オフセットガイダーを使った位置補正

KOOLS-IFUを使って精密位置補正観測天体を導入

ガイド星をカタログから探してステージ位置を自動変更
ガイド星検出＆ガイド目標位置設定
ガイド開始
天体光積分
ガイド終了

実際の観測におけるdead time

15:37:20ごろにスクリプト実行開始
15:38:56にKOOLS-IFUを用いて精密位置補正
15:40:59に最初の積分を開始

16:54:20ごろスクリプト実行開始
16:55:53にKOOLS-IFUを用いて精密位置補正
16:58:09に最初の積分を開始• ポインティング：<1分• オフセットガイダーでの位置補正：＜1分• KOOLS-IFUでの位置補正＋ガイド星自動設定：~2分• スクリプト実行からおおむね3-4分程度で科学観測用の積分を始められる

今後（むこう～1年くらい）の課題• フォーカスやセグメント鏡の自動調整• SHカメラを用いたセグメント鏡はWebインターフェスから実行しているので、この部分を自動実行するスクリプトを作成？

• TriCCSへの対応• コマンドの順次実行やを行うキューシステムの導入• 既存のHIDES-F用のものを改修して移植？

• 条件分岐機能、エラー処理機能等の追加、強化など• 観測天体リストから観測スクリプトを自動生成するシステムの開発• ガイド星や位置補正天体は事前に自動選択して、ユーザーが確認できる方が良さ
そう？

自動観測システムの開発ロードマップ• 第０フェーズ（21Bの早い段階？）• 観測スクリプトの整備• ユーザーが観測スクリプトを手動生成すればこの段階でもある程度の自動観測を実現• 第１フェーズ（21B末から22Aくらい？→22Bから公開？）• 観測コマンドの自動生成システムの実装＋手動キュー観測• ユーザーは天体リストを作成し、観測モード・積分時間を指定• コマンド自動生成システムが天体リストから観測スクリプトを自動生成• ユーザーが手動でキューシステムを制御、観測スクリプトをキューに投入して観測実行• ToO用に自動的にキューに観測スクリプトを投入する機能の実装• 第２フェーズ（？？？）• 天候など観測可能な条件の判断も自動化• 観測者の判断を介さない全自動観測

今後の新規装置開発者の方へのお願い• 装置のコマンド実行やステータスのネットワーク経由での取得• GUIなどで人間が操作できる&確認できる部分はネットワーク経由で同じことができないと困る• 観測天体の装置視野への自動導入方法の検討• せいめい望遠鏡のポインティング精度程度でよいのか、シーイングサイズ程度まで追い込むのか、その方法 etc.

全自動観測時代のユーザーへのお願い• 簡易解析パイプライン/データ品質チェックプログラムの作成・提供• 観測天体リストから自動観測した場合、登録されている積分のみ実行する。
• 撮り直しや追加の積分が必要かどうかの判断が必要。
• 翌日に人(PI/Co-I)が判断する？
• ToOの場合などはその晩のうちに撮りなおしたい場合もある。

• NAOJ+京大：キューシステムでユーザー作成の解析コマンドを登録できる仕組
みを用意＋観測天体リストの操作（再登録など）のインターフェースを公開• ユーザー：得られたデータの評価＋ダメなら再登録して取り直すかどうか判断するプログラムの作成