第11回 可視⾚外線観測装置技術ワークショップ 2022

可視光・近⾚外線における宇宙背景放射観測ロケット実験CIBER-2~初回打ち上げ成功から1年半~

瀧本幸司, 佐野圭(九州⼯業⼤学), 松浦周⼆, 橋本遼, 河野有哉, 松⾒知⾹,中川智⽮, ⾼濱伶緒, 中畑秀太(関⻄学院⼤学), 津村耕司(東京都市⼤学),
Michael Zemcov(RIT), James Bock(Caltech/JPL), Daehee Lee(KASI),
Shiang-Yu Wang(ASIAA), ほかCIBER-2チーム

目的：宇宙赤外線背景放射の起源解明
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

2

l EBL(Extragalactic Background Light)：銀河系外から飛来する放射の積算l これまでの近赤外EBL観測から、系外銀河以外の未知天体による放射が示唆
l 近赤外に加えて可視光のEBLを観測→

モデルを制約し、未知天体を解明

l CIBER-2 (Cosmic Infrared Background ExpeRiment 2)を始動**第4回WS ⽩旗*第6回WS 児島*第7回WS 児島, 瀧本*第10回WS 河野

輝度超過

IHLモデルIHLモデル

銀河ハロー浮遊星(Intra-Halo Light)

系外銀河積算光EoRモデル
EBL輝度

EoRモデル
EBL揺らぎ振幅

再電離期(EoR)の初代天体

観測ロケット実験CIBER-2
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

3l 日米韓台の国際共同実験(NASA観測ロケットプログラム)
l 波長0.5-2.0 µmで広視野撮像(EBL空間揺らぎ)&分光観測(EBLスペクトル)l CIBER-1の10倍高い検出感度

CIBER-2観測装置概要
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

望遠鏡⼝径

φ28.5 cm

レンズ系

⾮球⾯を含む15枚視野⾓

2.3°x 2.3°

測光バンド

0.5〜2.0 μm（６バンド）

分光⼿法

Linear Variable Filter(LVF)

分解能

R~20HgCdTe検出器: Hawaii-2RG

4LVF

同時観測
Arm-Mのモノクロメータスキャン

CIBRE-2プロジェクト進捗状況
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

l 初回打ち上げ観測を実施(2021年6月)
l データ解析の結果をもとに観測装置の改修＆試験を実施中
l 2回目の打ち上げを2023年4月に実施予定
2021年
6⽉

2022年
12⽉

2⽉

データ解析
開始

観測装置
改修開始

現在
12⽉

2023年

5

初回打ち上げに成功(2021年6月7日)
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

6

l NASAの２段式ロケットにCIBER-2観測機器を搭載

0.45m

l WSMR(ニューメキシコ)で打ち上げ観測を実施
l 7天域の観測データを書き込んだオンボードメモリを観測装置と共に回収することに成功

Payload1.2m

apogee: 330km

CIBER-215m
Black Brant
VC MK1

Observation >200 km
Observing time: ~400 s

Telemetry: 30Mbps

Terrier MK70

Attitude control: <2 arcsecrecoveryl 現在は、
l 初回の観測データの解析
l 2回目の打ち上げ(2023年4月)に向けた改修を実施中Black Brant Ⅸ

初回打ち上げに成功(2021年6月7日)
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

l 日本人チームはコロナの影響で初回打ち上げに現地参加できず

開

l 観測後パラシュートを展開し、ヘリコプターで回収作業を行なった(WSMRは軍人基地なので、米国人のみ回収に参加できる)

⾮公

6.5

初回打ち上げデータから分かったこと
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022l 観測は“工学的”には成功
l 7つの天体目標を捕捉
l ポインティング制御
l 全イベント正常に受信l 展開系も意図的に動作
l メモリ無傷で回収

7

NEP@1.6 um

l 1つのチャンネルは良好な
l 光学性能l ポインティング性能
l 感度性能l 2チャンネルは科学的品質のベンチマークを満たさず

フライト画像の⼀部(上：WPF、下：LVF)

表⾯輝度への変換係数(丸点：星による校正、点線：理論値)

初回打ち上げデータから分かったこと
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

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l 2チャンネルは科学的品質のベンチマークを満たさず
l 大きな拡散光電流が観測(バンド外のリーク、迷光、返り光、漏れ光)l 焦点ズレにより像サイズ~3倍(パンデミックの影響で調整の猶予なかった)
l 他にも全てのチャンネルについて
l システム光学効率が低下(望遠鏡ミラーの劣化)
l チャンネル間の相関ノイズl 暗電流の安定性
l フライトデータの一部が欠損
l とはいえ、良質なデータは取れているので
l 黄道光のスペクトル測定
l 1チャンネルとCIBER-1のクロスパワースペクトルについて今後発表できると考えています！

2023年6⽉の渡航時の主鏡(撮影：瀧本)2回目の打ち上げに向けて(改修開始〜現在)
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

l 2022年2月に観測装置がWSMRからRITへ戻ってきた
l 限られた人員で改修作業を開始
l 検出器の動作確認、修理(RIT→Caltech→RIT)l 新ブロッキングフィルターへの交換(日本→RIT)
l 望遠鏡ミラーの再コーティング(RIT→日本→RIT)l 現在(2022年11月〜2023年1月)日本人4名が光学試験を実施中@RIT
課題

緩和策

状況

2チャンネルで光電流が⼤きい

帯域外ブロッキングフィルターの改善完了

2チャンネルのフォーカス不良

焦点校正装置・⼿順の改善

実施中

システム光学効率の低下

望遠鏡ミラーコーティングの改善

完了

チャンネル間の相関ノイズ

電気的絶縁・接地の改善

実施中

暗電流の安定性

アクティブ温度制御の導⼊実施中

フライトデータの部分喪失

HDDシステムのデバックとテスト

実施中>4”ポインティングジッタ(ボアサイト)

スタートラッカーCSTAR-2の実装

製造中92回目の打ち上げに向けて(改修開始〜現在)
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

l 2022年2月に観測装置がWSMRからRITへ戻ってきた
l 限られた人員で改修作業を開始
l 検出器の動作確認、修理(RIT→Caltech→RIT)l 新ブロッキングフィルターへの交換(日本→RIT)
l 望遠鏡ミラーの再コーティング(RIT→日本→RIT)l 現在(2022年11月〜2023年1月)日本人4名が光学試験を実施中@RIT

フィルター交換の様⼦(2023年6⽉実施：瀧本)

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2回目の打ち上げに向けて(改修開始〜現在)
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

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l 2022年2月に観測装置がWSMRからRITへ戻ってきた
l 限られた人員で改修作業を開始
l 検出器の動作確認、修理(RIT→Caltech→RIT)l 新ブロッキングフィルターへの交換(日本→RIT)
l 望遠鏡ミラーの再コーティング(RIT→日本→RIT)l 現在(2022年11月〜2023年1月)日本人4名が光学試験を実施中@RIT

主鏡(再コーティング前)

主鏡(再コーティング後)

新ミラー組み⽴て・試験(2023年10, 11⽉：瀧本+関学)

2回目の打ち上げに向けて(改修開始〜現在)
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

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l 2022年2月に観測装置がWSMRからRITへ戻ってきた
l 限られた人員で改修作業を開始
l 検出器の動作確認、修理(RIT→Caltech→RIT)l 新ブロッキングフィルターへの交換(日本→RIT)
l 望遠鏡ミラーの再コーティング(RIT→日本→RIT)l 現在(2022年11月〜2023年1月)日本人4名が光学試験を実施中@RIT

光学試験セットアップ

結像性能評価

焦点調整

2回目の打ち上げに向けて(現在〜打ち上げ)
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

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l 2023年1月にRITでの光学試験を完了し、WFF(ヴァージニア)へ移動
l フォーカス試験、校正試験、暗電流試験など
l WFFにて振動試験(QTレベル)、シーケンス試験、STT試験、ロケット統合試験を実施予定(2023年2月、瀧本参加予定)
l WFFからWSMRの打ち上げ場へ移動し、2023年3月から最終調整
l 最終光学試験、較正試験、打ち上げオペレーション(4月から瀧本参加予定)
l 第2回打ち上げ観測実施予定日：2023年4月16日

加振器

振動試験@WFF

シーケンス試験@WFF

最終調整@WSMR

打ち上げ！

まとめ
第11回 可視赤外線観測装置WS 2022

14l 近赤外EBLに系外銀河では説明できない未知の放射成分が含まれていた
l CIBER-2による可視・近赤外EBL観測(0.5-2.0 µm)で超過輝度の起源を探る
l 撮像(EBL空間揺らぎ)/分光(EBLスペクトル)同時観測でモデル制約を目指す
l 2021年6月にエンジニアリングフライトに成功し、現在は解析＆改修作業中
l 2023年4月に2回目の打ち上げ(サイエンスフライト)をWSMRで実施するご清聴ありがとうございました。
B4の11⽉から参加したCIBER-2プロジェクト、初回の打ち上げに⾄るまでに数々の困難がございました。
苦労話や体験談に興味がございましたらお声かけください。
過去2回(第6回：B4, 第7回：M1)本ワークショップに参加し、貴重なご意⾒を沢⼭頂けたことが⾃⾝の研究活動へ活かされています。おかげさまで今年3⽉に博⼠号を取ることができました。
今後とも宜しくお願い致します。
瀧本幸司(九州⼯業⼤学)