埼玉大学望遠鏡・装置制御系“SaCRAシステム”の現状～第6回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ@国立天文台～

柴田 吉輝
大朝 由美子,清水 孝志,
清野 玄太,宮川 遼太 (埼玉大学)
潮田 和俊（住田光学ガラス/埼玉大学）
木野 勝(京都大学)＜outline＞
・埼玉大学望遠鏡・観測装置
・埼玉大学望遠鏡・観測装置制御
制御系
系“SaCRASaCRAシステム”のシステム”の概要
概要
・観測システムの構築・更新
・“SaCRAシステム”による測光分光同時観測
・“SaCRAシステム”の性能評価
・三波長同時偏光撮像装置“MuSaSHI”偏光観測ユニットの開発・まとめと今後埼玉大学望遠鏡・観測装置制御系
埼玉大学望遠鏡・観測装置制御系“SaCRA
SaCRAシステム”の概要
システム”の概要

埼玉大学の観測装置
三波長同時偏光撮像装置““MuSaSHI”(r’,i’,z’)

55㎝反射望遠鏡“SaCRA”

可視中分散分光装置(10,000(10,000Å～3,500Å)

バンドパスフィルター
・B,V,Rc,r’,i’,z,Hα＋ CCD
CCD検出器
検出器
・FLI ML4710 MB/DD・SBIG STXL-6303e
336㎝反射望遠鏡

埼玉大学の観測装置-三波長同時偏光撮像装置“MuSaSHI”
3Dプリンタを使用したバンドパスフィルタアダプタを作成→汎用円形フィルタを搭載可能に
ナローバンドHαフィルタに交換(中心波長：6566Å)

4

光学系

ウェッジ付きダイクロイックミラー＋フィルター

検出器

FLI ML4710-DD×2
ML4710-MB×1

観測波長SDSS r(5,500-6,800Å)
i(7,000-8,100Å)z(8200-10,000Å)

観測視野@SaCRAカセグレン

12.8 × 12.5 arcmin（0.727 arcsec/pixel）

筐体

アルミニウム製
アルマイト処理表面
400×400×100mm~10kg(+検出器)

埼玉大学の観測装置-三波長同時偏光撮像装置“MuSaSHI”
3Dプリンタを使用したバンドパス
フィルタアダプタを作成• →汎用円形フィルタを搭載可能に
MuSaSHIの特徴

光学系

ウェッジ付きダイクロイックミラー＋フィルター

ナローバンド① 明るいF値に設計し、高い効率を有する3波長同時撮像検出器
FLI ML4710-DD×2
Hαフィルタに交換
ML4710-MB×1(中心波長：6566Å)
ユニットの光学系
観測波長② 可視域の長波長側の3波長を選択

SDSS r(5,500-6,800Å)
i(7,000-8,100Å)z(8200-10,000Å)

観測視野12.8 × 12.5 arcmin③ 3波長同時撮像ユニットと偏光ユニットを独立@SaCRAカセグレン（0.727 arcsec/pixel）

筐体
アルミニウム製④ 小型な筺体であり、他の望遠鏡に搭載が容易

アルマイト処理表面
400×400×100mm~10kg(+検出器)

潮田 修士論文論文5埼玉大学の観測装置 光学系-可視中分散分光器

100[㎜]
望遠鏡

100[㎜]

透過型エシェルグリズム,スリット
ターレット,エシェルグリズム,
クロスディスバーザー,カメラレンズ

検出器

FLI ML4710-MB/DD

スリット幅

18~180µm,∞の8種

観測波長3700〜10000[Å]

分解能

R~3,000(@6,000Å スリット36μm)

筐体

アルミニウム製(アルマイト処理表面)
600×100×100mm ~8kg

600[㎜]

エシェル
グリズム

スリット

クロス
ディスパーザ望遠鏡からの光検出器
スリット
ビュワー

6コリメータレンズ

カメラレンズ透過型エシェルグリズム,スリット•埼玉大学の観測装置
本分光器の目標・目的光学系
ターレット,エシェルグリズム,-可視中分散分光器
クロスディスバーザー,カメラレンズ① Tタウリ型星や月の地球照等の科学的観測
検出器
FLI ML4710-MB/DD

スリット幅
18~180µm,∞の8種②②様々な天体のスペクトルテンプレートの作成
観測波長3700〜10000[Å]⇒高校生や大学生を対象に、観測したデータを用いて⇒分解能
R~3,000(@6,000Å スリット36μm)
100[㎜]
100[㎜]
筐体
アルミニウム製(アルマイト処理表面)“分光”や“スペクトル”についての教育的利用

望遠鏡

600[㎜]

Hα輝線6563Å

600×100×100mm ~8kg

スリット
地球大気吸収望遠鏡からの光
スリット
ビュワー

7

コリメータレンズ

エシェル
グリズム

クロス
ディスパーザ

HD207650（A1V）の検出器
スペクトル
カメラレンズ
学部生の実習てして使用中

埼玉大学望遠鏡・観測装置制御系”SaCRAシステム”
気象観測システム
36cm望遠鏡

観測装置制御システム
36cm望遠鏡
36cm望遠鏡制御システム55cm望遠鏡制御
55cm望遠鏡制御
システム
55cm望遠鏡

遠隔（リモート）制御システム

埼玉大学望遠鏡・観測装置制御系”SaCRAシステム”
気象観測システム
36cm望遠鏡

観測装置制御システム
36cm望遠鏡
36cm望遠鏡制御システム

埼玉大学望遠鏡・観測装置制御系
55cm望遠鏡制御
55cm
望遠鏡制御
“SaCRAシステム”
遠隔（リモート）制御
システム
システム
55cm望遠鏡

“SaCRAシステム”の構築・更新

55cm及び36cm望遠鏡制御系”SaCRAシステム”

36cm望遠鏡(1)気象センサー・全天カメラによる気象観測システムの更新

55cm望遠鏡(2)データリダクションパイプラインの導入

(1)(1)気象センサー・全天カメラによる気象観測システムの再構築
センサー・全天カメラによる気象観測システムの再構築
20平方度の空の明るさを測る“Sky Quality Meter”を導入

12

図：雲量とSQM値の関係
課題・月による背景光の上昇
・天頂(20°) 付近以外の測定

モニタリングサイトに天候アラームを表示

(1)(1)気象センサー・全天カメラによる気象観測システムの再構築
センサー・全天カメラによる気象観測システムの再構築
20平方度の空の明るさを測る“Sky Quality Meter”を導入

13

図：雲量とSQM値の関係
課題・月による背景光の上昇
・天頂(20°) 付近以外の測定

モニタリングサイトに天候アラームを表示

(1)(1)気象センサー・全天カメラによる気象観測システムの再構築
センサー・全天カメラによる気象観測システムの再構築
20平方度の空の明るさを測る“SkyQuality Meter”を導入
大学・研究機関と連携した、全国版天候観測サイトを構築

14

岡山

京都

埼玉

北海道

北海道
から広島まで

広島

兵庫

山梨

群馬

協同研究先
国内外11カ所の天候を確認可能

図：雲量とSQM値の関係
光・赤外線大学間連携事業 加盟機関
課題
鹿児島
新潟
ハワイ
チリ
・月による背景光の上昇
モニタリングサイトに(予定予定))・天頂(20°)付近以外の測定
天候アラームを表示

(2)複数装置同時観測とデータリダクション
パイプラインによる解析結果
SaCRAシステムを使用し、“SaCRA”（rmag limit:16.4）、36cm望遠鏡(rmag limit:13.9)での同時観測を実施
光・赤外線大学間連携事業によるデータリダクションパイプランを導入““SaCRA”+”+”MuSaSHI”

1536cm+CCD(i’band))“SaCRA”+”MuSaSHI”と36cm望遠鏡同時観測で、共に対象天体の光度変化を捉えることに成功！

“SaCRAシステム”による測光分光同時観測

“SaCRAシステム”による分光測光同時観測
SaCRAシステムを使用し、“SaCRA”+可視中分散分光器と36cm望遠鏡の同時観測を実施

24’.3

36’.4

図:系外惑星系WASP-33(橙色 V=8.3mag)と その参照天体(緑)[36cm + CCD (i’バンド)
exp:10s]
観測日時：
2016年10月24日

系外惑星系 WASP-33のトランジット現象を測光、分光で、同時に観測
17

“SaCRAシステム”による分光測光同時観測
SaCRAシステムを使用し、“SaCRA”+可視中分散分光器と36cm望遠鏡の同時観測を実施“SaCRA”
36’.4+可視中分散分光器

図:系外惑星系WASP-33
36cm+CCD(i’band)(橙色 V=8.3mag)と その参照天体(緑)[36cm + CCD (i’バンド)
exp:10s]

トランジット前と中のデータを除算処理→Na[5889.9Å]を同定

0.102

0.101

Flux ratio

24’.30.103

0.1

0.099

トランジット中の天体分光データ

0.098

0.097
57685.55

24:25
観測日時：27:08

2016年10月24日
57685.657685.6557685.7

57685.75mjd

18

系外惑星系 WASP-33のトランジット現象を“SaCRA”+分光器と36cm望遠鏡同時観測で、測光、分光で、同時に観測光度曲線と分光データの同時取得に成功！

57685.857685.85

19“SaCRAシステム”の性能評価

“SaCRA”の性能評価を実施
・追尾性能評価試験（分光器搭載時）
・導入精度評価試験（Pointing Analysis）：赤緯0°の天体の南中時刻を含む約1時間同じ領域を撮像：200天体を観測し、ポインティング座標と検出器中心座標とを1分当たりの検出器上の位置ずれ量を算出
比較し、補正パラメータを算出し、導入精度を確認
N

N

導入精度がやや改善！

1000"

R

（図：M76
小亜鈴星雲）

500.0
E
162.2

W

arcsec

SaCRA

2.20, PSD = 167.19
or in hour angle
or in Decndic. of HA and Decndic. Dec & OTA
s elevation errors azimuth errorure (tan)ureering error (sin)tering error (sin)DCEC-Dec centeringerror-110.9SkyRMS (cos)= 162.20, PSD =167.19942.7
IH-Index error in hour angle-32.7
ID-Index Error in Dec-160.3NP-Non-perpendic. of HA and Dec-309.0
CH-Non perpendic. Dec & OTA
338.5
ME-Polar axis elevation error
139.8
MA-Polar axis azimuth error
5.1
TX-Tube Flexure (tan)-107.2FO-Fork flexure-34.5
HCES-HA centering error (sin)20.9
DCES-Dec centering error (sin)→今後も検証が必要
SaCRA

RA[HH:MM:SS]

DCEC-Dec centering error (cos)
942.7
-32.7
-160.3-309.0
338.5
139.8
5.1
-107.2
-34.5
20.9

δRA

DEC[DD:MM:SS]-110.9

δDEC

導入座標

1:49:19.69-+51:34:31.7-

補正パラメータ無し

1:42:26.951-1’.815+51:38:15.696-3’.733

20補正パラメータ有り(188天体)

1:42:21.537-0’.462+51:37:34.701-3’.050

“SaCRA”の性能評価を実施
・追尾性能評価試験（分光器搭載時）
・導入精度評価試験（Pointing Analysis）：赤緯0°の天体の南中時刻を含む約1時間同じ領域を撮像：200天体を観測し、ポインティング座標と検出器中心座標とを1分当たりの検出器上の位置ずれ量を算出比較し、補正パラメータを算出し、導入精度を確認
NN

RA方向
DEC方向
位置ずれ導入精度が位置ずれ

1000"[arcsec/min]
やや改善！
+0.56 （図：M76+0.08[arcsec/min]
R石橋 2015

500.0E
162.2

W

本観測結果
[最大値]

arcsec

SaCRA

2.20, PSD = 167.19
or in hour angle
or in Decndic. of HA and Dec
ndic. Dec & OTA
s elevation errors azimuth errorure (tan)ureering error (sin)tering error (sin)DCEC-Dec centeringerror-110.9Sky
RMS (cos)= 162.20, PSD =167.19
942.7
IH-Index error in hour angle-32.7
ID-Index Error in Dec-160.3NP-Non-perpendic. of HA and Dec-309.0
CH-Non perpendic. Dec & OTA
338.5
ME-Polar axis elevation error
139.8
MA-Polar axis azimuth error
5.1
TX-Tube Flexure (tan)-107.2FO-Fork flexure-34.5
HCES-HA centering error (sin)20.9
DCES-Dec centering error (sin)+0.39 →今後も-0.13
検証が必要
RA方向は、PAパラメータによって改善か？

SaCRA

RA[HH:MM:SS]

DCEC-Dec centering error (cos)
942.7
-32.7
-160.3-309.0
338.5
139.8
5.1
-107.2-34.5
20.9導入座標

1:49:19.69

補正パラメータ無し

1:42:26.951

21補正パラメータ有り(188天体)

1:42:21.537

小亜鈴星雲）δRA

DEC[DD:MM:SS]-+51:34:31.7--0’.462+51:37:34.701-3’.050-110.9

δDEC

今後、各装置別（MuSaSHI-1’.815 +51:38:15.696-3’.733搭載時等）で検証予定

22

三波長同時偏光撮像装置“MuSaSHI”
偏光観測ユニットの開発

三波長同時偏光撮像装置“MuSaSHI”-“偏光観測ユニット”の開発
当初予定していた直線偏光観測を実施するための偏光観測ユニットを開発[初期設計案] 光・赤外線大学間連携 WS 2015より←鏡筒

モーター+平ギア
ワイヤーグリッド+半波長板
で偏光観測を実施

半波長板
55x55x1.9mm≦λ/2 @633nm
平ギア+ギア付ﾊｳｼﾞﾝｸﾞ
23

ステッピングモーター

MuSaSHI→偏光子
ワイヤーグリッド
50x50x15mm

三波長同時偏光撮像装置“MuSaSHI”-“偏光観測ユニット”の開発・回路設計<回路構成>
・PICマイコンによる制御
・ステッピングモーター+ギアorベルト+ベアリング
・フォトインタラプタセンサによる位置決め（4以上）・PCとのシリアル通信用ポート24

三波長同時偏光撮像装置“MuSaSHI”-“偏光観測ユニット”の開発①自重変形を考慮して、筐体を箱型から円筒形②天候の変化②天候の変化等に応じて、偏光-無偏光を切り替えられるユニット式・・・に変更し、最終設計段階にし、最終設計段階に筐体完成予定図

偏光観測ユニット

モーター、ベアリング、偏光素子を一体化
モーターとベアリングの駆動伝達方法を検討中
ベルト駆動 or ギア駆動

25

今年度末、埼玉大学“SaCRA”他の望遠鏡で観測予定まとめ・今後の課題

まとめ・今後の課題
埼玉大学の観測装置
埼玉大学の観測装置の改良およびこれを統括の改良およびこれを統括すする
制御システムの制御システムの構築、性能構築、性能評価・更新を実施
評価・更新を実施(1)(1)各種サブシステムの更新・再構築
 気象センサー更新・照度計導入による気象観測システムの更新
 パイプラインによる簡易測光等の半自動化（2台同時トランジット観測）を実施
台同時トランジット観測）を実施((2)複数装置での測光分光同時観測 中分散分光器と36㎝望遠鏡によって恒星WASP-33のトランジット分光測光同時観測を実施(3)”(3)”SaCRAシステム”の性能評価
搭載フィルターによる限界等級を算出(4) “MuSaSHI”偏光観測ユニットの設計を実施
年度内ファーストライト予定→今後は、・望遠鏡の性能評価と導入精度の改善
・“MuSaSHI”偏光観測ユニットの組み上げおよび性能評価等を実施予定