Dec, 11, 2022
13:20-13:35

第11回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ 2022/12/21-23 京大軸外しPLANETS望遠鏡の開発状況
1.8-m off-axis telescope PLANETS:
current status
坂野井健, 鍵⾕将⼈, 笠⽻康正（東北⼤・理）平原靖⼤（名⼤・環境）
栗⽥光樹夫（京⼤・理）⾼橋啓介（ロジストラボ）
Jeffry R. Kuhn （IfA, Univ. Hawaii)
Svetlana V. Berdugina （KIS）
Marcello Emilio（Univ. Estadual de Ponta Grossa, Brazil)#

PLANETS予定地

T60

PLANETS望遠鏡
ü ⼝径1.8-m 軸外し放物⾯望遠鏡。ハワイ・ハレアカラ観測所(標⾼3000m)に設置予定。
ü 光路上に掩蔽物がなく、副鏡⽀持構造による回折の影響を受けない⇨補償光学、コロナグラフと組み合わせた⾼コントラスト観測ü 太陽系内惑星・衛星・⼩天体の近傍⼤気・プラズマや、エウロパ・エンケラドス等のプリューム活動の連続観測を⽬指す
ü ハワイ⼤学、ドイツ、ブラジルとの国際共同プロジェクト。国内では名古屋⼤学、京都⼤学、ロジストラボ社と共同。

1.8m off-axis M1
Fig. PLANETS Telescope

ü ⽶空軍の協⼒企業を巻き込みつつある。
ü 光学系⽀持構造・架台製造はほぼ完了、現在主鏡の研磨を国内で実施中。

Magnetospheric plasma(Io plasma torus)

Icy moon’s atmosphere(Europa, Enceladus)

Escaping ions
(Mars &Venus)by Spencer

by Johnson

Simulated ion escape from Mars [Terada]

Fig. OSS assembling in machineshop 2

探査機と連携する地上PLANETS望遠鏡観測の意義• イオやエウロパの噴出ガスと磁気圏相互作⽤[Hisaki/Juno/JUICE/Europa
Clipper]• ⽕星⼤気微量気体・電離圏・散逸⼤気 [MAVEN/MMX]• ⽔星希薄⼤気 Na, Ca, K [BepiColombo/Mio]• 系外惑星⼤気 ⾚外分光
• ⼩天体・彗星・etc.

p探査機の詳細・その場観測と相補的な、時間変動と広域分布を捉える
地上望遠鏡の観測は重要

3

Final polishing of the 1.8-m off-axis primary mirror

1.8m 軸外し主鏡研磨

43点引き摺り法による主鏡の形状計測と研磨
l 1.8m軸外し放物⾯主鏡の形状計測と研磨を京⼤、名⼤、ロジストストラボ社と共同で実施。
l 形状計測の新技術（3点引き摺り計測法）をはじめて軸外し⾮球⾯鏡に適⽤。
l 2021年10⽉からの合計約6ヶ⽉でRMS誤差を600nmから100nmまで研磨。
l 新たな研究開発により、より安定した計測・研磨を実現。⽬標値45nm RMSに向けて近⽇中に研磨作業を再開

Laser Probes2s3xi-1 xi

xi+1s1x

Fig. 引き摺り3点法の模式図(上)と写真(下)5研磨の実績とこれから (Nov 2021 - Feb 2022)#2 11/16#3 11/29#5 12/20#6 12/18#7 1/7#9 1/31#10 2/7

T溝#11 2/28#4 12/15#8 1/24

2⽉までの研磨の問題点• パッドの寿命（研磨効率が落ちない期間）は経験的に約100時間。
• パッドの交換に伴い、研磨除去効率が変わる。
• 研磨除去効率が鏡の場所により異なる場合がある。

RMS Figure Error (nm)

#1 9/23↓ Oct 27 ’21↓Jul 11/’22
Phase-3

Phase-1
17 weeks

Phase-2
6 weeks

45nm

Nominal goal

Fig. 累積研磨時間とRMS形状誤差

Fig. 6 Surface figure error distribution from Nov 2021 through Feb 2022.
Right: RMS error vs polishing time.

今週後半からPhase3研磨開始、来年前半のゴールを⽬指す。
6

Telescope and Instruments
望遠鏡・観測装置の検討

7

観測器と光路導⼊計画*1 Effective area of polarimetry is <10”.

Observation capability
Dipol-2

Polarimetry accuracy better than <10-5

VISP

Fiber spectrograph in visible. High-resolution
spectroscopy with coronagraph

Wavelength Wavelength
FOV(µm)resolution (l/Dl)
0.45-0.7
BVR band<1’ *1
0.4-0.8

High-resolution spectroscopy with1-4
long-slit
GIGMICS High-resolution spectroscopy covering 8-13wide wavelength range

20,000

MILAHI

100,000(X0.01 dB/10m)

ESPRIT

60,000Ultra high-resolution spectroscopy

8-1050,000

Weight and Light feeding andsize (cm)installation locations
5kg
Gregorian
20x20x20
1’20kgLow-OH SiO2 fiber feed
100x30x30 or Gregorian
50”
100kg
InF3 fiber feed or Coude
80x50x40
Point on sky 1000kg
Hollow cone fiber feed
1500x1500 or Coudex1000
Point on sky 20kg
Hollow cone fiber feed,
80x80x50 Gregorian or Coude

Transmission(/10m)←10%←33%

Binary, exoplanets, asteroids
etc.
Ionosphere, magnetosphereand atmosphere close toplanets and small bodies,
etc.

Gregorian焦点から観測器までファイバーを⽤いて光を導く場合、• Low-OH SiO2ファイバは0.4-2.0mmの範囲で、InF3ファイバは2.2-4.0mm(除2.8-3.3)の範囲で90%/10m以上の透過率。

←79%
←90%

• >8mmではHollow cone fiberが実⽤化されているが、90%/1mと効率が低く利⽤は難しい。

←97.7%

Fig. InF3 fiber attenuation in VIS-NIR (from Thorlabs Inc.)

Observing targets

Fig. Hollow cone fiber transmission inMIR (from Guiding Photonics)

クーデ光路・焦点の可能性を確保する必要がある。

8⾚外カメラTOPICSとエシェル分光器ESPRIT(1-5µm）•••

駆動エレキに、（１）遠隔からの電源投⼊を安全に制御するためのスイッチ回路、（２）検出器の健全動作をモニターするための常時電流計測回路、を今年に追加実装した。
熱パス再製作により、検出器温度43K→ 30K (実測Ndark=1.7el/s）
今後、北⼤名寄望遠鏡試験後、ハワイT60cm望遠鏡に移設⾒込みTOPICS（撮像）singleESPRIT（撮像・分光λ/Δλ=20,000）

CDS

内部筐体90K
検出器30K〜110cm

バイアス供給回路
直流安定化
電源

スイッチ(flip-flop)

電源

バッファアンプ
電流計測

バイアス系の電流値の測定結果
FOB

InSb
検出器

① ②OFF③
主電源ON・スイッチ開

④9
検出器駆動

③

Coude pathの検討

fFOV=1.2’ (40mm)• ファイバーを⽤いない光の導出経路（Coude path）を検討• ⾼度軸、⽅位軸に沿って光を導くことで、望遠鏡の向きが変わっても変わらない固定した場所に光を導き、結像させることができる• パスの全⻑はF60のGregorian 焦点から約8m• F200⽤副鏡を⽤いる場合FOV1.0ʼ
• 副鏡を交換せず、F60 Gregorian焦点からリレー光学系(OAP x2)を⽤いる場合、FOV 1.2ʼCoude, F63
fFOV=1.2’ (40mm)

F60 Gregorian focus

M2, f100
RoC 384.5

OAP2
f70x100
Gregorian, F60& CaF2 field lens

OAP1
f70x100
Beam maximum

exit

Fig. Coude path

Fig. Optical layout of Coude path10

別の光路案••••F60 Gregorian focusに光学ベンチを設置。
Coude pathとの切り替え、可視・近⾚外⽤AO（Fig.）を設置。
60cm望遠鏡⽤可視AO（次ページ）の発展版
撮像カメラ、可視・⾚外ファイバの⼊射⼝

Dipol2IR channel, AO focus
fFOV=1.2’ (40mm)

IR channel, AO focus(fiber input)

F60 Gregorian
focus

Visible channel, coronagraph focus
fFOV=1.2’ (40mm)

光学ベンチ
WFS

Fig. Optical layout of Bench AO

Visible channel, AO focus
and coronagraph focus(camera and fiber input)11ハレアカラ60cm望遠鏡(T60) の可視・近⾚外AOの最近の成果• ハレアカラ60cm望遠鏡(T60)⽤可視補償光学により、 FWHM〜0.5” を達成した。
• 以下の改良を実施中。
(a) AO閉ループの制御ソフトウェアの改良(b)閉ループ動作周波数のボトルネックとなっているtip-tilt⽤DA変換器の⾼速化(c) vmag=5の対象（ガリレオ衛星）あるいは背景の明るい条件（⽇中の⽔星）でAO閉ループを閉じるための波⾯センサー・光学系• これらを発展させ、PLANETS⽤の可視・近⾚外AOを開発する。
pupil/Lyot stop
pupilcamera

W-FOV camera

Guide camera

2022/11/26
AOなし、FWHM〜1.6” @ 590nm

AOあり、FWHM〜0.5” @ 590nm
補償ループ600Hz, vmag=2.5

occultingmasks

Calib. LS
Pinhole LS
WFS

DM on TTP

IFU
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Optical support structure and telescope mount

主鏡⽀持機構と架台開発の現況

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架台仮組みと動作試験
ü 主鏡構造仮組みは2日間の短期で終了。
ü エレベーション方向にアークレールに沿って架台を動かしたときの理想的な円からのずれは、11 15 nm RMS (PV値で50nm P-V以下）
ü これは、角度で 30 μrad or 5.7” のずれに対応。

Fig . Deviations of arcmotion orbits from circles

Fig 15. Eigenmodes of complete optical support structure.

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主鏡ダミーの設置試験
ü M1ダミーを用いて、架台に設置をデモンストレーション
ü 導入経路が狭いものの、問題無く終了

M1 dummy weight

M1 dummy weight

M1 dummy weight15

今後の計画とまとめ<2021>
主鏡最終研磨（国内・ロジストラボ社）
ハレアカラ⼭頂観測所1期⼯事<2023>
主鏡研磨（ロジストラボ社）
主鏡アルミ蒸着
福島・飯舘観測所で試験観測
ハレアカラ⼭頂観測所２期・3期⼯事（検討中）<2024〜2025> 望遠鏡⼀式をハワイへ輸送
設置、試験<2025〜> 科学運⽤

惑星・⼩天体・突発天体・系外惑星ならびに光⾚外装置開発の広い分野から、PLANETS望遠鏡を利⽤した共同研究をぜひお願いします︕<参考>東北⼤PPARC共同研究公募
https://pparc.gp.tohoku.ac.jp/research/collaboration/キーワードü 【⾼コントラスト光学】1.8m軸外し主鏡による低散乱光学系ü 【世界最⾼条件の晴天率・気流安定度】ハワイ・ハレアカラ⼭頂（標⾼3000m）
ü 【フレキシブル運⽤】専有望遠鏡をいかした、モニタリング、ToO、探査機との連携観測ü 【⾼分散分光装置】可視〜中間⾚外までほぼ全てをカバーする⾼分散分光装置を搭載すü 【建築のチャンス】ハワイ州からの⼭頂建築許可 (CDUP) を取得済み
ü 【他分野との共同】NEOなどへの活⽤

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