天文観測
より遠く、より広く、より精細に情報とシステム2013 シンポジウム
─極限環境からの情報伝送をめざして─
2013.12.17
国立天文台 水本好彦

国立天文台の施設とネットワーク回線概要
野辺山～大手町・65Mbps(商用)
野辺山観測所

水沢～大手町・10Gbps (JGN-X)
・65Mbps(商用)
水沢観測所

岡山～大手町：1Gbps(JGN-X/岡山情報HWY/笠岡放送)

共同利用者
国立天文台
三鷹本部

岡山観測所

三鷹～大手町・10Gbps (SINET4)
・1Gbps(商用)インターネットVPN• SINET4(10Gbps)
国立天文台 • JGN-X(10Gbps)
大手町DC • WIDE(10Gbps)• JP-US(155Mbps x 2)

チリ観測所

ハワイ観測所
M. Oe, 2013.11

2

ハワイ島の大望遠鏡群
マウナケア
標高4200メートル
天体観測の最適地の一つ
世界各国が運用する大望遠鏡群

3

すばる望遠鏡4

生命と宇宙の起源に迫る

すばる望遠鏡 最近の発見

5最も遠い銀河（129億光年の彼方）の発見
58,733 個の天体が写っている

SXDF-NB1006-2

赤方偏移 7.2(ビッグバンから 7.5 億年後)
水素ガスの約 80 % が中性

すばる XMM・ニュートン深撮像探査領域の一部

6宇宙形成の歴史

宇宙の再電離はいつどのように起こったのか？
7110 億光年彼方の原始銀河団

USS1558-003 活発な星形成中の若い銀河の集まり
宇宙誕生27億年後

近赤外線多天体撮像分光装置 (MOIRCS) により撮像

8

超広視野主焦点カメラ HYPER SUPRIME-CAM
 すばる望遠鏡の次期主力観測装置
 より広い視野 2kx4kのCCD104枚
 1.5度の視野 シャープな星像

アイソン彗星の長い尾

9すばる望遠鏡が生成するデータ量

生データの蓄積量予測

広視野主焦点カメラ HSC

Total data size in TB

Hyper Suprime-Cam
視野 1.5度角
2kx4k CCD 104枚

400200



2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

0300GB/night

今後はHSCが大部分のデータを生成

一晩（8時間）で500GB



年間5TB〜30TB(観測夜数により異なる)

その他の観測装置は年間3TB

リモート観測には 1GbE が必要
満月 0.5度角

Suprime-Cam 10

Noumaru, 2013.11

HSC による掃天観測計画

より遠く
←
←

→ より広く →11

太陽系外の「第二の木星」の直接撮影

太陽型恒星 GJ 504 のまわりの低質量惑星 GJ 504 b の赤外線合成画像12若い恒星のまわりの星周円盤

13すばる望遠鏡のネットワーク
SINET 4 (10Gbps)

OC3 (155Mbps)

Southern Cross
Commodity

14

Noumaru, 2013.11

国際電波望遠鏡プロジェクト（ALMA) 南米チリの標高5000mの高地に電波望遠鏡（６６台）
 ミリ波サブミリ波の電波を観測する
 究極の解像度 0.01秒角

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Guarda (ALMA)
15
George KOSUGI, 2013/11

ALMA TARGET 1 : FORMATION OF PLANETS

We now know 1000 exo-planets with diversity!!!

16

太陽系外の惑星形成
Hubble image of proto-planetary disk withseveral 100 AU size
(Mark McCaughrean, C. Robert O'Dell, NASA)

Proto-planet
Proto-star

Simulation: G. Bryden ⇒ To be tested with ALMA
17

THE PLANETARY SYSTEM OF FOMALHAUT

Band7(350GHz) continuum
A. C. Boley et al. 2012 ApJ 750 L2118

ALMA TARGET 2 : FORMATION OF GALAXIESInteracting Galaxies by Hubble Space Telescope19

DATA FLOW TO SCO(SANTIAGO CENTRAL OFFICE)
山頂施設(AOS: 5000m)

最大64 MB/s
距離 ~35km
山麓施設(OSF: 2900m)

平均6.4 MB/s
~500 GB/day
距離 ~1200km

サンチャゴ施設(SCO)

20

George KOSUGI, 2013/11

ALMAチリ観測所とARC (ALMA REGIONAL CENTER)
NA-ARC
NRAO

副Archive
解析Pipeline

EA-ARCNAOJ

EU-ARCESO

副Archive
解析Pipeline

副Archive
解析Pipeline
ALMA
SCO

主Archive
解析Pipeline

 データレート：平均50Mbpsに規定
SCO-ARC間ネットワークは必要に応じ拡張の予定

 ARCのデータ蓄積量：年間200TB
 観測者は解析済みデータを各ARCから受取る George KOSUGI, 2013/11 21

ARCから観測者へ
Cycle0 公開データのサイズ分布

ダウンロード時間がボトルネック

35

画像になる前のデータ（Visibility）
 現在
150GB ／10MB/s ～ 4.3時間
 フル性能時
6.4TB ／10MB/s ～１週間

3025

度数20151050100MB

1GB

10GB

100GB

1TB

データサイズ

現在の観測データサイズ
メジアン 150GB
最小240MB
最大
1.3TB

最終画像のダウンロード時間
 Visibility の1/20 ～1/50のサイズ
 現在性能 10 ～ 25分
 フル性能時 3.5 ～ 9 時間

ARCからの高速国内回線が必須

Kawasaki, 2013.1122

JVO ALMAデータサービス
 Webブラウザ上での画像の閲覧（ALMAWebQL）
 ダウンロードすることなくWeb上でQuick Look
 空間・周波数領域をインタラクティブに絞込み
 縮小画像をサーバ（JVO)側で準備

 必要な部分の選択・切出しダウンロードを支援

 3次元画像のビューワ（Vissage）
 ダウンロードした画像の詳細な観察・閲覧

 JVO

ポータルサイト HTTP://jvo.nao.ac.jp
23©川崎 渉（国立天文台）

国立天文台におけるネットワーク利用


国内：





国外：




水沢、野辺山、岡山、三鷹 4地区間のネットワーク
スーパーコンピュータ@水沢と三鷹のネットワーク
水沢を中心とする光結合VLBIネットワーク
すばる望遠鏡、TMT(30m光赤外望遠鏡）計画
ALMA、SKA計画

将来における情報基盤の整備


天文学におけるネットワークの果たす役割は極めて大きい 世界の僻地にある望遠鏡との高速大容量データ通信が不可欠

費用対効果の高い整備が求められる 国内外の学術回線との連携
 情報通信研究分野との共同研究や連携

24

ご静聴ありがとうございました。

25

三鷹・水沢間高速ネットワーク
三鷹
SINET (10GbE), 大手町

JGN-X (10GbE)

水沢スパコンを水沢に設置、大容量ストレージは三鷹で製作・設置
両者の超高速ネットワーク接続が必須
三鷹⇔水沢ネットワーク 最大10GbE 三鷹⇔大手町がSINET
 大手町⇔水沢がJGN-X
 現時点では10GbEの幅に十分余裕あり1年以内に増強予定 スパコンは速度2倍
 三鷹のストレージも2-3倍にデータ転送量も増大
 10GbEの帯域はほぼ埋め尽くされる

26

Ito, 2013.11

光結合VLBIの利点と将来利点
 広帯域性（現状） １Gbps(磁気テープ, VERA日本)
 2Gbps (HDD, 欧州) 光結合：2Gbps(片偏波)、4Gbps（両偏波）
 速報性
 すぐに天体情報が得られる
 システムトラブルの検出もリアルタイム
 運用性
 テープ輸送の手間がない
 JVN（Japanese VLBI Network）が科学観測、運用
 光結合初イメージ4C32.44
 X-band, BW512 MHz, 4stations

光結合

世界は広帯域観測へ ここ数年
 ～10Gbps/station
 近未来
 多視野給電により必要帯域が２桁超に
 現在の平均使用率
 観測は月１～２回
 1観測当たり8時間、年間約150時間
 将来の使用率予想
 月2～3回の観測、年間240時間程度
27Kono, 2013.11

光結合VLBIネットワークの現状
SINET4（レイヤー1 オンデマンド回線）
JGN-X（通常の生活回線）
Local Access line

苫小牧11m 水沢20m/10m

GbE x3茨城 32mx2

10GbE x 1

北大10GbE x 1

10GbE x 1

山口 32m

山口大

鹿島34m

OC48 x 2(WDM)

NRO 45m臼田64m

10GbE x 1

調布

岐阜11m
10GbE x 1
OC48 x 2
(WDM)

核融合研

10GbE x 2
(LAG)

国立天文台
【相関器】

Network: 2Gbps x 1or2 Required

大手町
SINET4

10GbE x 1

大手町
JGN-X
高エネ研

10GbE x 1

つくば 32m

10GbE x 1

※点線は接続準備中
Kono, 2013/11

HSC
messiaCamera-OBCP

QL
Healthcheckobserver

OBCP

Data production rate: 2GB/shot ~ 500GB/night ~ 5TB/run
 ~150TB/300nights~20sec~1GbpsGen2/OBC

SummitSummit-Hilo
GbE

Feedback:<~ 5min2-run data + analysis DB
Interim files ~30TB?
MitakaHSC-ANA
Off-site

Meta data
MASTARS

Full analysis @ Mitaka

HSC-ANA
On-siteRaw data

Hilo
HANA/STARS
500GB/8hrs~ 0.15Gbps

Noumaru, 2013.1129

SUBARU TELESCOPE NETWORK DIAGRAM
IPsec VPN
GbE (1Gbps)
InternetUH Backbone

Internet

SouthernCross

SINET4(40Gbps)
GbE (1Gbps)

GbE(1Gbps)

Commercial
providerGbE (1Gbps)

OC3 (155Mbps)（To be upgraded to 1Gbps
Ethernet in 2014)

Via commercial
provider to Internet(10Mbps)
Internet
Noumaru, 2013.11

30

TMTとデータ転送
TMT = Thirty Meter Telescope
日本をはじめとする国際プロジェクトが、マウナケア山頂に建設する口径30mの超大型望遠鏡。2014年に着工し、約10年後の完成を目指す。



TMTは視野が10分角と狭いため、狭視野の分光観測装置が主流である。

「TMT計画説明書」に挙げられている将来装置の候補のなかで、最も大量のデータを出すであろう広視野赤外カメラも視野はせいぜい30秒角で、生成されるデータはせいぜい年間数TB程度であろう。



一方、すばるは最大1.5度角の広視野を活かし、撮像と多天体分光により、TMTが追観測をおこなうために必要な観測候補天体のカタログを提供する。したがって、すばるはTMTが完成した後も数10TBのデータを生成しつづける。



すばるのデータアーカイブシステムやデータ転送のインフラは、TMTをサポートするものとしては十分と考えられる。
31

望遠鏡から相関器まで
電波

制御棟 (AOS：山頂施設@5000m)

望遠鏡
FrontEnd（受信器７種類から１つ選択）

Photonic
Reference

BL 相関器
ACA 相関器

SAS`

LLC

Patch
Panel

デジタル信号
120Gbps/Antenna

Backend
Digital

Backend
AnalogGeorge KOSUGI, 2013/1132

相関器からアーカイブまで
制御棟 (OSF:山麓施設@2900m)

制御棟 (AOS：山頂施設@5000m)

4 x 10Gbps Fiber Link
距離 35km

平均 6.4MBytes/s

Frontend
Archive

Max 60MBytes/s

BL 相関器Max 3.6
MBytes/s

ACA 相関器

Patch
Panel

距離~1200km

サンチャゴ施設(SCO)

ALMA Science
Archive (ASA)
George KOSUGI, 2013/11

33

電波天文データの特質そしてALMAの運用
電波天文データの特質は、データ圧縮が効かないことである。電波データは基本的には雑音であり、その中に紛れ込んだ天体からの信号、コヒーレントな成分を抜き出す作業である。川辺で無数の砂の中から砂金を探し出すのにも似ている。そうはいっても、すべてを転送できないので、「宝物」を失わない程度に時間積分をしたり、周波数方向にチャネル積分したりして、送るのである。
 また、ALMAは（最終的には）毎日２４時間、年間３６５日ほぼ休みなく観測する望遠鏡なので、データも逐次転送しなければいけない。
K.Tatematsu , 2012.10

34

CURRENT NETWORK ROUTES NAOJ (Mitaka, Japan)
 SINET (Japan) ― Internet2 (US) ― RedCLARA (US-Chile) ― REUNA (Chile, 32.5 Mbps) ― ALMA Observatory (Chile)

K.Tatematsu , 2012.1035TRACEROUTE

1 133.40.64.1 (133.40.64.1) 3.137 ms 1.088 ms 0.899 ms
2 pa-int (133.40.135.252) 1.151 ms 1.144 ms 1.189 ms
3 fia101 (133.40.3.254) 1.549 ms 2.062 ms 1.446 ms
4 tokyo1-dc-rm-ae-3-101.sinet.ad.jp (150.99.197.129) 2.898 ms 2.757 ms 2.589
ms
5 tokyo-dc-gm1-ae0-vlan10.s4.sinet.ad.jp (150.99.2.50) 2.779 ms 2.706 ms
2.911 ms
6 nyc-dc-gm1-xe1-0-0-vlan10.s4.sinet.ad.jp (150.99.2.74) 172.851 ms 172.968
ms 173.475 ms
7 abilene-ny.gw2.sinet.ad.jp (150.99.200.194) 185.039 ms 178.043 ms 173.111
ms
8 200.0.207.9 (200.0.207.9) 207.005 ms 207.324 ms 207.488 ms
9 saopaulo-miami.core.redclara.net (200.0.204.41) 558.711 ms 418.883 ms
407.598 ms
10 santiago-saopaulo.core.redclara.net (200.0.204.37) 740.188 ms 520.587 ms
626.549 ms
11 reuna-cl-sant.peer.redclara.net (200.0.204.142) 626.906 ms 454.790 ms
486.511 ms
12 146.83.242.98 (146.83.242.98) 625.024 ms 626.394 ms 455.276 ms

K.Tatematsu , 2012.1036

CURRENT STATUS
 RTT

 Was 330ms, but is now 450ms-500ms (viaUSA East Coast) Bandwidth 30 Mbps effective (up and down), under

32.5 Mbps contract with REUNA (Chile).
 90Mbps when tested without bandwidth
restriction

K.Tatematsu, 2012.1037

利用者によるALMAデータの取得
 ARCから提供
 複数個に分割したtarballとして

 観測者
 占有期間（観測後1年）中に FTP（専用アカウント） 一般ユーザ 公開データに
 ALMAアーカイブサイトからHTTP

 http://almascience.nao.ac.jp/alma-data/archive©川崎 渉（国立天文台）

38

JVO ALMA データサービスの構成
検索・配信エンジン

領域・解像度絞り込み、DL詳細に観察・検討

新たなデータを要求
大サイズに対応

多次元に対応©川崎 渉（国立天文台） 39

ALMAWebQL
ALMAデータをダウンロードすることなくWeb上で Quick Look するための機能
・空間画像（周波数方向に積分）、およびスペクトル画像（空間方向に積分）の閲覧
・空間・周波数領域をインタラクティブに絞り込み・絞り込んだ画像をダウンロード

40©川崎 渉（国立天文台）

Vissage
ローカルにダウンロードしたALMAデータをより詳細に観察・閲覧するためのビューワソフト

41©川崎 渉（国立天文台）