2004 年度
VERA ステータスレポート
国立天文台ＶＥＲＡ観測所
第 1.1 版 2004 年 11 月 10 日

目次
1

2

2003 年度からのシステム更新状況
1.1 アンテナ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4
4

1.2
1.3

受信機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4
4

1.4
1.5

局位置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

相関器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
局運用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

アレイ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
アンテナ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1
2.2.2

基本設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.3
2.2.4

開口能率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.5
2.2.6

能率の離角依存性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.7

指向精度（ポインティング）

駆動系 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
能率の仰角依存性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ビームパターン、ビームサイズ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5
7
7
7
7
8
8
9
12
15

2.3

受信機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4
2.5

周波数変換部 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6
2.7

データ記録系 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
相関処理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16
16

2.8

各種較正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

時刻較正、バンドパス較正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
温度較正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18
18

2.8.3 位相較正 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
測地 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18
19

2.9.1
2.9.2

測地観測の観測周波数帯域 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19
19

2.9.3
2.9.4

局位置の決定方法、精度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.9.5
2.9.6

プレート運動など . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

デジタル信号処理部

2.8.1
2.8.2
2.9

3

5

システム

2.1
2.2

4
4

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

観測モード、バックエンド装置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

GPS とのコロケーション. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15
16

19
20

地球回転パラメータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20
20

2.10 総合的な位置天文精度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

観測提案に際して

22

3.1

観測可能なモード . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

3.2
3.3

観測提案者に要求される条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
観測天体に関する制限 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22
22

3.4

分解能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

1

4

3.5
3.6

感度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7
3.8

位置天文観測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
観測天体に関する情報 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24
24

3.9

野辺山 45m、鹿島 34m の参加について . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

3.10 観測データの公開について . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

観測の実行とデータ解析

27

システム雑音温度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1
4.2

観測の準備

4.3

データ解析

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2323

観測、相関処理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27
27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

2

はじめに
2004 年度はＶＥＲＡの第二期試験的共同利用観測を行います。残念ながら試験観測の結果として、アストロメトリ観測に成功しているとは言えない状況であり、昨年度と同様に今年度も試験的な共同利用観測を継続することになりました。昨年からのプロジェクトの進捗としては、受信機の初段 LNA の性能を向上させ、安定化しました。さらに運用系において、水沢から４局の遠隔観測が可能になりました。これによって観測時間を大幅に増やすことができ、この１年間に 100 日を超す観測を行ってきました。またフィドームの改修も進めています。さらに１Ｇｂｐｓ系の記
録・再生システムを安定化することが出来ており、観測の主要な記録モードは１Ｇ
ｂｐｓ系に移行しており、観測感度の向上を行っています。プロジェクトとしては、アストロメトリ観測の結果を出すべく各種補正ルーチンの作成・試験を行っており、なるべく早期に科学的な成果を出すことがもっとも重要なことであると認識して進めています。さらに次年度以降早期に共同利用観測を本格化し、外国にもオープンすることを目指しております。本共同利用観測によって、日本による独自な科学的な成果を出すことのできる魅力的な研究テーマが提案されることを希望しています。
今後ともご理解とご協力をお願いします。

VERA 観測所長
小林 秀行

3

1

2003 年度からのシステム更新状況

1.1

アンテナ

水沢局にて、フィドームロスを低減させるためにフィドーム交換が行われた。
この結果、フィドームによる損失が 22GHz 帯で 0.4dB から 0.3dB に、43GHz 帯で1.3dB から 0.7dB に減少した（今年度中に損失低減のため再改修予定。残りの３局についても来年度のメンテナンス時の同様のフィドームへ交換予定）。
また、能率、ポインティング性能などが最新の値に更新された。

1.2

受信機

43GHz 帯受信機の低雑音化の一環として初段アンプモジュールが交換され、受信機雑音温度が約 80 K まで改善した（交換前は約 120〜200 K）。 また、他局に比べて位相安定度の低かった小笠原局の局部発信機が交換され、他局と同等の安定度が達成された。
1.3

相関器

DIR2000 系処理時の時刻同期不具合が改修され、またレコーダー再生時の時刻
符号検出ルーチンが強化され、定常的な相関処理が可能になった。
1.4

局位置

水沢局については国土地理院との月１回程度の VLBI 観測により、他の３局は継続的な GPS 観測により座標が求められている。また、新たに変位速度も与えら
れている。

1.5

局運用

網運用ソフトが整備され、水沢にある AOC(Array Operation Center) からの自動運用が可能になった。2004 年 9 月以降の観測は、AOC からの遠隔制御で行われ
ている。

4

2

システム

2.1

アレイ

VERA のアレイは、水沢、入来、小笠原および石垣島の４つの観測局からなる。
VERA の観測局の位置を表 1 にまとめる。全６基線のうち、最短基線は入来−石垣
島間の 1019km、最長基線は水沢−石垣島間の 2270km である。全４局で観測した際に得られる UV カバレッジの例を図 1 に示す。また、最長基線長から期待される最高分解能は K 帯（22GHz) で約 1.2 mas、Q 帯（43GHz）で約 0.6 mas である。
表 1: VERA 観測局位置と変位速度
東経 (◦ ’ ”)
北緯 (◦ ’ ”)
楕円体高 (m)

局名
水沢
入来
小笠原
石垣島

標高 (m)

141 07 57.199
130 26 23.593

39 08 00.726
31 44 52.437

116.5
573.6

75.7
541.6

142 12 59.809
124 10 15.578

27 05 30.487
24 24 43.834

273.2
65.1

223.0
38.5

IVS2a

IVS8b

4003900.6170

Vm

VERAMZSW

7362

3336994.3272
2887399.6162

Vr
Vo

VERAIRIKVERAOGSW

7364
7363

4808056.3525 2619949.3897 Vs
VERAISGK
a: IVS ２文字コード b: IVS ８文字コード

7365

局名

X (m)

Y (m)

Z (m)

水沢

-3857241.8697

3108784.8138

入来小笠原-3521719.5672-4491068.9393

4132174.7531
3481544.8225

石垣島-3263994.6495

c: CDP(NASA Crustal Dynamics Project）コード

局名

X (m/yr)

Y (m/yr)

Z (m/yr)水沢

0.0041-0.02630.0047-0.0084-0.0031-0.01930.0234-0.04310.03170.00360.0137-0.0495

入来
小笠原
石垣島

座標値はすべて 2003.0 年元期。座標値・速度の決定方法、並びに精度については、2.9 測地の項を参照のこと。

5

CDPc

UV plot (MIZ-IRK-OGA-ISG, Dec= 20)
3000

2000

2000

1000

1000

V (km)V (km)

UV plot (MIZ-IRK-OGA-ISG, Dec= 60)
3000

0

0

-1000

-1000

-2000

-2000

-3000
-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

-3000
-3000

3000

U (km)

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

U (km)

UV plot (MIZ-IRK-OGA-ISG, Dec= -20)
3000

2000

V (km)

1000

0

-1000

-2000

-3000
-3000

-2000

-1000

0
U (km)

1000

2000

3000

図 1: VERA4 局で観測した時の UV カバレッジ（±3000 km）。全局とも EL20 度以上で観測したとして計算。左上、右上、左下の順に、それぞれ天体の赤緯 60◦ 、20◦ 、-20◦ 。

6

2.2

アンテナ

2.2.1

基本設計

VERA のアンテナは４局とも同一設計であり、主鏡部は開口直径 20m、焦点距離6m、副鏡は直径 2.6m で、焦点はカセグレン焦点、マウントは AZ-EL 方式である。
カセグレン焦点部には２ビーム受信機構が設置されており、２つの天体を同時に観測することができる。２ビーム観測用の受信機は駆動可能な２つのプラットフォー
ム上にそれぞれ設置されており、２天体の離角を 0.32◦ 〜2.2◦ の間で自由に設定可能
で、視野回転機構（Field Rotater、FR）により２ビーム受信部全体が回転すること
で２天体同時追尾を行う。
また、単一ビーム観測の際には、２ビーム受信機のうちどちらか一つをアンテナ
光軸上（離角オフセット 0 度）に設置して観測することが可能である。
2.2.2

駆動系

アンテナの駆動性能について、駆動速度、加速度、追尾可能範囲等を表 2 にまとめる。
表 2: VERA アンテナ駆動性能

駆動軸
∗

AZ
EL
FR∗

追尾可能範囲
◦最大駆動速度

最大駆動加速度◦2.1◦ /sec2
2.1◦ /sec2
3.1◦ /sec2◦-90 ∼ 4505◦ ∼ 85◦-270◦ ∼ 270◦

2.1 /sec
2.1◦ /sec
3.1◦ /sec* AZ 角は北が 0◦ 、東が 90◦ 。FR 角は、ビーム１が天側、ビーム２が地側に来るときが 0◦ で、天体からアンテナを見たときに時計回り方向が正。

2.2.3

開口能率

2004 年度冬季（1 月から 4 月）に VERA 各局のアンテナを用いて木星の 5 点スキャンを行い、木星の連続波観測による VERA の 20m アンテナの開口能率測定を行った。測定では、常温ダミー（R-Sky）による温度較正を行い、アンテナ温度 Ta∗ を求め、木星の輝度温度を K、Q バンドともに 160 K1 を仮定して開口能率を計算した。
結果については、表 3 にまとめた。
2003 年 10 月から 2004 年 4 月までの間に、副鏡調整、2 ビーム駆動装置などの再設定は行っていない。ただし、水沢局ではフィドーム交換を行っている。2003 年 10 月のステータスレポート報告値と比べると、入来局では 2004 年冬季測定値の方が有意
1 2003 年 10 月のステータスレポートでは、Q バンドは 170 K を仮定していた。

7

に小さく、また、石垣島局では 2004 年冬季測定値の方が有意に大きくなっている。
この 2 局については、2004 年冬季に 2 回の測定を行ってどちらも再現性が確認されている。2003 年 10 月のステータスレポート報告値と 2004 年冬季測定値の違いは、温度の較正方法やデータ取得方法の違い、指向誤差による見かけ上の能率低下が原因と考えられる。
表 3: Aperture eﬃciency of the VERA 20m antenna

Date

ηA
(%)

HPBW
(arcsec)EL(deg)Num. ofScanθsa(arcsec)

Site

Band

MIZ

K

Apr 21 2004

52.1±1.1

150.1±5.5

54-58

4

39.9

MIZ
IRK

Q
K

Apr 21 2004
Apr 25 2004

47.2±5.647.4±5.685.1±1.4
151.3±10.3

59-60
49-57

2
7

39.9
39.6

IRK
OGA

Q
K

Apr 25 2004
Nov.2002/Feb.2003

40.8±2.144.8±3.880.4±3.6
150b

60-66
67-71

8
4

39.6
40.4/45.4

OGA
ISG

Q
K

Jan 28 2004
Apr 28 200440.3±7.649.5±2.373.0±7.0
152.6±6.9

63-65
63-75

3
17

41.2
39.3

ISG

Q

Apr 28 200449.3±2.6

78.2±3.5

74-54

18

39.3

a: Source size for Jupiterb: Assumed value

2.2.4

能率の仰角依存性

メーザー源の 5 点スキャンを仰角を変えながら行い、VERA アンテナの開口能率の仰角依存性について測定を行った。能率の仰角依存性は、入来、小笠原、石垣島
局の K バンドでのみ測定が成功している。測定結果の例については、図 2 にまとめた。石垣島局だけでなく、全局で低仰角 (EL<20 度) になると能率が顕著に下がり始
めていることが確認されている。この能率の仰角依存性については、データ解析時に補正をすることができるように、AIPS で読み込ませることが可能なゲインカー
ブテーブル (GC テーブル) として FITS ファイルに付加される。
2.2.5

能率の離角依存性

メーザー源の 5 点スキャンを 2 ビームの離角を変えながら行い、VERA アンテナの開口能率の離角依存性について測定を行った。2003 年 10 月のステータスレポー
ト以降では、入来局における K、Q バンドの新規測定、石垣島局における K、Q バ
ンド再測定を行っている。水沢局、小笠原局では測定を行っていない。測定結果の例については、図 3 にまとめた。能率の仰角依存性と同様に、離角依存性についても、データ解析時に補正をすることができるように、AIPS で読み込ませることが可
8

1.4

Efficiency

1.2

1

0.8

0.6
0

10

20

30

40
50
EL [deg]

60

70

80

90

図 2: 石垣島局アンテナの 22GHz における能率の仰角依存性。能率の基準データは EL=50 度での測定値。赤、青は２回の独立な観測の結果。黒線は観測データを 10 点ごとに平均化してスムージング
したデータ（フィッティングの結果ではない）。

能なゲインカーブテーブル (GC テーブル) として FITS ファイルに付加される。
2.2.6

ビームパターン、ビームサイズ

VERA20 m アンテナの K バンドでのビームパターンの例を図 4 に示す。サイド
ローブレベルは、小笠原局の 2.0 度離角でのビームパターンで −10 dB という高い値が確認されているが、その他は概ね −15 dB 程度となっている。また、サイドロー
ブには非対称な構造が見られるものの、メインビームの形は離角によらず対称的なガウシアンになっている。表 4 に、ポインティング観測時の十字スキャンで得られたビームサイズ (HPBW) を K、Q バンドともまとめる。この測定でもビームサイズ
は離角に依存せず、ほぼ一定値となっている。

9

K band(2003)
Q band(2003)
K band(2004)
Q band(2004)

1.4

Efficiency

1.2

1

0.8

0.6
0

0.5

1

1.5

2

2.5

SA [deg]
図 3: 石垣島局アンテナにおける能率の離角依存性。能率の基準データは離角=0 度での測定値。

表 4: アンテナのポインティング観測で得られたビームサイズ

HPBW[AZ]

HPBW[EL]

局名

帯域(arcsec)(arcsec)

データ数

水沢

K

148.14±8.36146.65±9.01

478

入来
小笠原

K
K

148.10±12.66
152.87±9.24148.33±12.64
152.38±9.28

840
1725

石垣島

K

153.09±11.53

153.70±12.23

871

水沢

Q
Q

74.48±7.66
78.41±7.40

70.09±9.55
77.02±7.52

183
562

Q
Q

77.72±7.05
78.77±8.32

76.79±7.53
77.08±8.47

312
246

入来
小笠原
石垣島

誤差は標準偏差（1σ ）10PLot file version 1 created 07-AUG-2003 18:54:17
CONT: W49N 8.0 KM/S BEAM2.MAP-IT.2

B'
400

300

200

ARC SEC

100

A'

A

0

-100

-200

-300

-400

B
400

300

200

100

0
-100
ARC SEC
Center at RA 19 10 13.476 DEC 09 06 14.29
Cont peak flux = 1.5787E+04 K km/s
Levs = 1.579E+02 * (0.100, 0.300, 0.500, 1, 3, 5,
10, 30, 50, 100)

-200

-300

-400

-500

PLot file version 1 created 12-SEP-2003 00:37:55
W49N 8.0 KM/S O280905.MAP-IT.1

400

300

200

ARC SEC

100

0

-100

-200

-300

-400

400
300
200
100
0
-100
ARC SEC
Center at RA 19 10 13.476 DEC 09 06 14.29
Peak flux = 6.3418E+03 K km/s
Levs = 6.342E+01 * (0.100, 0.300, 0.500, 1, 3, 5,
10, 30, 50, 100)

-200

-300

-400

図 4: 入来局、K バンド受信機 A、離角 0.0 度のビームパターン（上）と、小笠原局、K バンド受信機 A、離角 2.0 度のビームパターン（下）。いずれも、W49N の水メーザーを 75”角グリッドでマッ
ピング。

11

2.2.7指向精度（ポインティング）

VERA の 20m アンテナは、メンテナンス時にプロジェクト内の担当者により、指向精度確認のポインティング観測とアンテナ器差補正が行われている。強度が強くかつ位置が正確 (∼ 数秒角の精度) なメーザー源を AZ、EL ３点ずつの十字スキャンで観測し、全方位でのポインティングオフセットの測定を行う。測定されたポイン
ティングオフセットを
δAz = A1 sin(Az) sin(El) − A2 cos(Az) sin(El) + A3 sin(El) + A4 cos(El) + A5 +A9 sin(2Az) sin(El) − A10 cos(2Az) sin(El) +A11 sin(2Az) cos(El) + A12 cos(2Az) cos(El)(1)

δEl = A1 cos(Az) + A2 sin(Az) + A6 + A7 cos(El) + A8 sin(El) +A9 cos(2Az) + A10 sin(2Az) +


A13





El − 40
El − 40
+ A14
30
30

2

(2)

のモデルによってフィッティングして器差パラメータを決定し、指向精度を向上させている。ここで、A1 -A8 は標準的な経緯台方式の望遠鏡の器差パラメータ、A9 -A12
はポインティングオフセットに対して 2AZ の周期性を持つ高次の項、A13 -A14 は重力変形に対して三角関数よりパラメータの分離度が高く、かつ低仰角でのポインティ
ングオフセットの発散をもフィッティングできる多項式の経験的な項である。VERA
では A1 -A12 の 12 パラメータ、または A1 -A6 と A9 -A14 の 12 パラメータで器差補正を行うことが可能である。
2003 年 10 月のステータスレポート以降、2004 年 5 月に全局で 22 GHz 帯の簡単なポインティング観測を行い、A1 -A8 の 8 パラメータから A1 -A6 と A9 -A14 の 12 パ
ラメータに更新されている。また、入来局では、2004 年 8 月にも再測定を行い、器差パラメータを更新している。このときの器差補正後の指向精度は表 5 にまとめた。
また、器差補正後のポインティングオフセットの例は、図 5 にまとめた。指向精度は2003 年 10 月のステータスレポート報告値に比べて大きくは変わってない。ただし、2004 年 5 月の測定データでは、低仰角 (EL<20 度) 以下でポインティングオフセッ
トが大きく発散し、器差補正後も系統的なオフセットが残るという傾向が確認されている。これは、冬季に比べて観測条件の悪い時期にポインティング観測を行った
影響と考えられる。
VERA の 20 m アンテナでは、離角が 0 度以外で観測を行う場合には図 6 のように
FR 角に対して三角関数的なふるまいをするオフセットが最大で 15”程度生じること
が、2003 年 10 月のステータスレポートでも報告されている。これは、検討の結果、２ビーム駆動機構が計算値よりも離角が開きすぎるためと確認されており、現在対応策が議論されている。
12

表 5: VERA 20m アンテナの指向精度

Site

Band

Date

σa
(arcsec)b
σAZ(arcsec)cσEL(arcsec)

MIZ

K

May.2004

7.240

6.166

8.174

IRI
OGA

K
K

May.2004
May.2004

12.78312.920

9.691
7.058

15.26016.853

ISI

K

May.2004

9.228

7.866

10.414a: Standard deviation.
b: Standard deviation for AZ.
c: Standard deviation for EL.

100

AZ offset residual
EL Offset(obs)-Offset(calc) [arcsec]

AZ Offset(obs)-Offset(calc) [arcsec]

100

50

0

-50

-100

EL offset residual

50

0

-50

-100
0

100

200

300

400

0

100

AZ [deg]100

AZ offset residual
EL Offset(obs)-Offset(calc) [arcsec]

AZ Offset(obs)-Offset(calc) [arcsec]

100

200

300

400

AZ [deg]

50

0

-50

-100

EL offset residual

50

0

-50

-100
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

EL [deg]

10

20

30

40

50

60

70

80

90

EL [deg]

図 5: 石垣島局の器差補正後のポインティングオフセット残差。上段左右の図はそれぞれ AZ 角に対する AZ、EL 角残差、下段左右の図はそれぞれは EL 角に対する AZ、EL 角残差。

13

30

20

20

EL Offset(residual) [arcsec]

AZ Offset(residual) [arcsec]

30

10
0
-10
-20
-30
-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

10
0
-10
-20
-30
-200

200

-150

-100

-50

30

30

20

20

10
0
-10
-20
-30
-200

-150

-100

-50

0

0

50

100

150

200

50

100

150

200

FR [deg]

EL Offset(residual) [arcsec]

AZ Offset(residual) [arcsec]

FR [deg]

50

100

150

10
0
-10
-20
-30
-200

200

FR [deg]

-150

-100

-50

0
FR [deg]

図 6: 入来局 K バンド受信機 A のポインティングオフセットの離角依存性。赤の点が離角オフセッ
トがある時の追尾誤差で、緑は基準となる離角オフセット角 0 度の追尾誤差を示す。
（上) 離角 1.0 度(W3OH で観測), （下）離角 2.0 度 (W49N で観測)。それぞれ左が AZ 角、右が EL 角。

14

2.3

受信機

VERA の各アンテナには４バンド（S、X、K、Q）の受信機が搭載されていて、このうち K（22GHz 帯）、Q（43GHz 帯）が VERA の主観測帯域であり、両帯域とも２ビーム同時観測が可能である（K、Q 混合の同時観測は不可）。S/X（2GHz 帯、
8GHz 帯）は測地観測用として各局に 1 式づつ配備されており、共同利用では公開されない。表 6 に K 帯、Q 帯の受信機性能についてまとめる。
表 6: VERA 受信機性能

2.4

帯域

受信可能周波数帯

受信機雑音温度

受信偏波

KQ

21.5 - 23.8 GHz
42.5 - 44.5 GHz

30 ∼ 50 K
70 ∼ 90 K

左旋円偏波
左旋円偏波

周波数変換部

受信機で増幅された信号は第１局部発信機から出る基準信号と混ぜ合わされることにより、4.7GHz ∼ 7GHz の中間周波数帯域（Intermediate Frequency、IF）へと変換される。この第１局部発信機は周波数固定であり、K バンドでは 16.8GHz、Q
バンドでは 37.5GHz である。IF は各ビームごとに 1 チャンネルづつある。IF 出力
は、ベースバンド変換部シンセサイザーからの基準信号と混ぜ合わされてベースバ
ンド周波数 (0-512MHz) に変換される。このシンセサイザーは２ビーム間で共通であり、周波数は 4GHz ∼ 7GHz の間で可変である。地球回転によるドップラー効果を補正する周波数追尾は観測後相関処理時に行われ、観測中はベースバンドシンセ
サイザーの周波数は一定値に保たれる。図 7 に周波数変換部の概念図をまとめる。
K: 21.5 ‑ 23.8 GHz
Q: 42.5 ‑ 44.5 GHz
IF: 4.7 ‑ 7 GHz

Base Band:0 ‑ 512 MHz

1st Local
K: 16.8 GHz
Q: 37.5 GHz

2nd Local
4 ‑ 7 GHz

Receiver #2

図 7: VERA の周波数変換部の概念図

15

RecorderDigital Filter

A/D Converter

Receiver #1

2.5

デジタル信号処理部

ベースバンド出力（0 ∼ 512MHz x 2 beam）はアンテナ上部機器室内に設置された A/D 変換器によってデジタル化され、光ファイバーを通じて各局観測棟のデジタ
ル信号処理装置に転送される。デジタル化の際の量子化ビット数は 2 ビット、帯域
幅は 512MHz であり、各ビームあたり 2048Mbps (Mega bit per second) のレートで信号が伝送される。
一方、後述するように記録系の最大レートは２ビーム合わせて 1024Mbps である
ので、A/D 変換器によって量子化された信号をフィルタリングして必要な周波数帯のみを切り出して記録する必要がある。この帯域の切り出しはデジタルフィルター
によって行われ、比較的自由にチャンネル（CH）数や帯域幅を設定できる。今回の試験的共同利用で使用可能なモードは、表 7 に示す３モードである。

2.6

データ記録系

データ記録系には２種類のレコーダーが存在し、VSOP 用に開発され J-Net でも使われてきた DIR1000M（記録速度 128Mbps）と、VERA 用に新たに開発された
DIR2000（記録速度 1024Mbps）が使用可能である。ともに 2 ビットサンプリングで記録されるので、記録可能な総帯域幅は DIR1000 系が 32MHz、DIR2000 系が 256MHzである。テープ１巻あたりの記録時間は DIR1000 系では 2 時間であり、DIR2000 系
では 80 分である。なお、デジタルフィルターの観測モードによっては（VERA7、
VERA10 等）、DIR1000 系と DIR2000 系に同時記録することも可能である。

2.7

相関処理

相関処理は、国立天文台三鷹キャンパスにある FX 相関器で行われる。同時に相関処理できる最大局数は、DIR2000 系記録の場合 5 局、DIR1000 系記録の場合 10 局
であり、VERA4 局の DIR2000 系記録、あるいは VERA ＋野辺山 45m ＋鹿島 34mの DIR1000 系記録のどちらの観測モードも 1 回の相関処理で相関可能である。ただし、DIR1000 系と 2000 系の混合相関はできない。データ出力時の 1 局あたりの最大分光点数は、DIR1000 系の場合全チャンネル合計で 1024 点、DIR2000 系の場合２ビームの全チャンネル合計で 2048 点である。また、相関器出力の時間分解能は通常1 秒程度に設定されるが、最大 25 ミリ秒までの高い時間分解能も可能である（但し相関器出力データ量が膨大になる）。

16

表 7: VERA デジタルフィルタモード
総 CH 数 各 CH 帯域幅 CH 番号 ビーム

モード名

レート

VERA1

1024Mbps2

128 MHzVERA71024Mbps

16

16 MHzVERA101024Mbps

16

16 MHz

1
2

A
B

帯域

256 - 384 MHz
256 - 384 MHz

1A

256 - 272 MHz

2
3

B
B

128 - 144 MHz
144 - 160 MHz

4
5

B
B

160 - 176 MHz
176 - 192 MHz

6
7

B
B

192 - 208 MHz
208 - 224 MHz

8
9

B
B

224 - 240 MHz
240 - 256 MHz

10
11

B
B

256 - 272 MHz
272 - 288 MHz

12B

288 - 304 MHz

13
14

B
B

304 - 320 MHz
320 - 336 MHz

15
16

B
B

336 - 352 MHz
352 - 368 MHz

1A

256 - 272 MHz

2
3

B
A

256 - 272 MHz
272 - 288 MHz

4
5

B
A

272 - 288 MHz
288 - 304 MHz

6
7

B
A

288 - 304 MHz
304 - 320 MHz

8
9

B
A

304 - 320 MHz
320 - 336 MHz

10
11

B
A

320 - 336 MHz
336 - 352 MHz

12
13

B
A

336 - 352 MHz
352 - 368 MHz

14
15

B
A

352 - 368 MHz
368 - 384 MHz

16B
368 - 384 MHz
VERA7、10 に関しては任意の 2CH を DIR1000 系に同時記録可能。

17

2.8

各種較正

2.8.1

時刻較正、バンドパス較正

各局の時刻同期は、周波数標準装置と GPS との時刻比較により 0.1 マイクロ秒の精度で得られている。この精度以下の時刻オフセット較正やクロックレート（時刻オフセットの時間変化率）較正は、観測中に少なくとも１回、位置が正確に知られている明るい連続波源を観測することで行われる（通常 60 分〜90 分毎の観測が推奨される）。また、システムの周波数特性の較正（バンドパス較正）も明るい連続波源の観測によって行われる。
2.8.2

温度較正

VERA の各局各ビームには常温ダミーのチョッパーホイールが搭載されており、各スキャンが始まる前に R-Sky 法によるシステム雑音温度計測が可能である。さらに、天体観測中はスカイレベルを常にモニターしているので、スキャン前後の常温ダミーのレベルを内挿してやることにより、常時システム雑音を得ることができる。
2.8.3

位相較正

２ビーム間で発生する機械的位相差（光路長差）を補正するために、２ビーム観測中は主鏡面上に搭載された較正雑音源が点灯され、２ビーム間での位相が常時モニターされる。現在、位相較正精度は 22GHz 帯で位相角 10 度以下であると推定されており、最終的な確認作業が進行中である。なお、雑音源の点灯によりシステム
雑音温度は 22GHz 帯で 7K 程度、43GHz 帯で 15K 程度増加する。

18

2.9

測地

基線長を決める測地観測は VERA のプロジェクト観測として行われ、その最新の結果が相関処理の際に利用される。VERA 局間の相対的な基線長決定は VERA の4 局で閉じた観測として行われ、国際座標系との結合は、国土地理院の測地観測に水沢局が参加することで行われる。測地システムの詳細は以下の通りである。
2.9.1

測地観測の観測周波数帯域

測地観測は S/X 帯（2GHz/8GHz）で行われ、その周波数帯域は S 帯が 2210〜
2330 MHz、X 帯が 8180〜8600 MHz である。水沢局においては、S 帯について周波数を上方に移動した観測（2230〜2260MHz）に対応するために、2210〜2370 MHzの帯域を持つ。
2.9.2

観測モード、バックエンド装置

水沢局のみ K4 バックエンドを有し、主として国土地理院との測地観測、国内互換観測に使用される。その主な性能は、帯域幅 4MHz、量子化ビット数 1bit、16
チャンネル（トータル 128Mbps 記録）であり、チャンネル割り当ては、S 帯 6ch（または 8ch）、X 帯 8ch となっている。また、水沢局には今年度（2004 年度）中に K5
VSSP システムが導入される。国土地理院との測地観測は K5 システムに移行していく計画である。
VERA 網内の測地観測では、VERA 用のデジタルデータ処理システムを用いて行われる。その主な性能としては、帯域幅 16MHz、量子化ビット数 2bit、16 チャンネ
ル（トータル 1024Mbps 記録）であり、S 帯 4ch、X 帯 12ch とした S/X 帯での観測
および、K 帯 16ch（32MHz 間隔で 16ch すべて K 帯）での観測も可能である。また、
RISE 観測用に RISE/SELENE 専用ターミナルが RISE グループにより準備されており、今年度中に VERA 各局に配備される予定である。
2.9.3

局位置の決定方法、精度

表 1 にあげた水沢局の位置・速度は、国土地理院による VLBI のグローバル解
析による値である。ITRF2000 による値（元期 1997 年）が求められているが、変位速度を加えて元期を 2003 年に合わせている。３次元の各座標の推定精度は 5mm〜
6mm となっている。ITRF 系との結合精度の目標を 10mm としているが、推定誤差のマージンを２倍程度とみてもほぼ目標精度に達するものと思われる。速度の決定については、1993 年から行われている水沢 10m アンテナによる VLBI 観測のデー
タも取りこまれている。現在、国土地理院と水沢局間の測地観測を月１回程度の頻19度で実施しており、座標系の維持がはかられる。
一方、入来局、小笠原局、石垣島局では GPS により座標と速度が求められている。水沢局における VLBI と GPS の比較から、入来局、小笠原局、石垣島局では、30mm〜40mm の精度で座標値が得られているものと推定される。VERA 網内の測地 VLBI 観測は 2004 年 11 月から開始されており、まもなく VLBI 自身による位置決定が行われる。
なお表１では、種々の比較のために有効精度以上の 0.1mm の桁まで表示している。
2.9.4

GPS とのコロケーション

VERA 各局では GPS の連続観測を行っている。30 秒サンプリングを行っているが、技術的には離島局も含め１秒サンプリングも可能である。観測データは水沢
局にネットワーク経由で収集している。各局とも水素メーザ、ないし、セシウム原
子時計による外部 5MHz ないし 10MHz の基準信号を使用している。GPS アンテナの位置は、データの蓄積により mm 台の精度が出ていると思われるが、庁舎内での局所的な座標結合の精度（特に上下位置関係）が悪く、入来局、小笠原局、石垣島局の座標精度は前節で述べた程度と見積もっている。
2.9.5

プレート運動など

プレート運動の速度は、最大 70mm ／年 に達する。また、地震によるステップ
的な変位もある。たとえば 2003 年 5 月 26 日の宮城沖地震では水沢局は 15〜20mmの変位が生じている。座標の精度として 1mm〜10mm の精度が必要な場合は、これらの変位を適切に取り扱う必要がある。また、GPS の観測からは座標値の年周変動などが見られるが、これらはまだモデル化されていない。VLBI の観測データが蓄積されれば、これらの変動もモデル化することになる。
2.9.6

地球回転パラメータ

VERA では、地球回転パラメータ（X 、Y 、∆UT 1、∆φ、∆ε）をルーチン的には決定しない。IERS 中央局から提供される地球回転パラメータを、既知のデータとして解析に用いる。なお、IERS Bulletin A の Daily の解の精度は、X 、Y で 0.1mas
程度、UT 1 で 0.02ms 程度、10 日先の予測値で X 、Y は 3.0mas 程度、UT1 で 1.6 ms
秒程度である。

20

2.10

総合的な位置天文精度

これまでの試験観測の結果から、現在 VERA の２ビーム観測時の位置天文精度は0.3 mas 程度と期待される。しかし、２天体の離角が大きい場合や高度が低い場合など、観測条件が悪い場合には精度は劣化する。現在の位置天文精度を決めている
要因として、幾何学的遅延追尾の誤差と、天頂湿潤大気遅延予測誤差の２つが大きな要因として挙げられる。幾何学的遅延追尾誤差については、相関処理時の大まかな遅延予測値をより精密な遅延追尾計算値で補正するツールがリリースされる予定
であり、DIR2000 系記録の観測では相関処理後の補正が可能になる。一方、天頂湿
潤大気遅延に関しては予測が難しく、特に夏場は大きな位相誤差および位置誤差を発生させる。これらの問題を回避するためには、２ビーム離角が小さく、かつ高度が高い天体ペアの観測が推奨される。

21

3

観測提案に際して3.1

観測可能なモード

今回の試験的共同利用において公開される周波数帯は、昨年度と同じく K バンド（22GHz 帯）であり、昨年に引き続き２ビームモードも公開される。また、VERA4
局に、国立天文台野辺山宇宙電波観測所 45m 望遠鏡および情報通信研究機構鹿島
34m 望遠鏡を加えた全 6 局の観測モードも公開される（ただし、野辺山 45m および
鹿島 34m は単一ビームモードのみである）。

3.2

観測提案者に要求される条件

2004 年度の共同利用は、2003 年度に引き続き、観測可能なモードに制限の付いた
試験的共同利用という位置付けにある。現在 VERA のシステムは立上げ段階にあり、観測提案者は装置や解析ソフト等に関するトラブルについて、VERA グループ
と共にリスクを負うことを要求される。このため、観測提案を行うことができる主観測提案者（PI）は、国内研究機関に所属する研究者に限られる。さらに、観測提案者と VERA グループ間での問題認識やシステムへのフィードバックを円滑に行えるように、観測提案者は観測採択後、少なくとも１名の VERA グループメンバーを共同研究者として入れることを要求される。
3.3

観測天体に関する制限

以下は、VERA で現在進められているプロジェクト観測であり、このプロジェク
トに含まれる観測天体については、今回の共同利用で観測することはできない。各
プロジェクトで観測を予定している全天体のリストは、別途 VERA のホームページ
上にて公開される。

• 銀河系中心の距離測定 （主担当者：国立天文台 小林 秀行）• 近傍ミラ型変光星の距離と周期光度関係 （主担当者：鹿児島大学 面高 俊宏）• オリオン-モノセロス領域巨大分子雲の距離と立体構造（主担当者：国立天文台
廣田 朋也）
3.4

分解能

基線長から期待される分解能は、λ/D で見積もることができ、最長基線 2272km
についてこれを適応すると、期待される分解能は K 帯（22GHz) で約 1.2 mas、Q 帯（43GHz）で約 0.6 mas である。実際の合成ビームの形は UV カバレッジに大きく影22

響を受け、また、基線が UV 面上に投影されるために実際の分解能は上記の値より
劣化する。

3.5

感度

ある天体を観測したときに各基線で期待される雑音レベル σbl はTsys,1 Tsys,2
2k
√
σbl =
,
√
η Ae1 Ae2 2Bτ

(3)で与えられる。ここで、k はボルツマン定数、η は量子化効率（約 0.88）、Tsys はシス
テム雑音温度、Ae は能率込みのアンテナ有効開口面積、B はバンド幅、τ は積分時間である。積分時間 τ は条件にもよるが、大気揺らぎによるコヒーレンスロスのため通常 3 分程度、最も条件のいいときでも 5 分程度を超えると感度ロスが発生する（K バンドの場合）。冬場の晴天時程度の観測条件のもと VERA1 モードで連続波源を観測したとして、開口能率 ∼50%、B = 128MHz、τ = 120 sec、Tsys = 200 K を代入すると、σbl =23 mJy となり、S/N=7 で検出できる最小フラックスは 160 mJyとなる（VLBI 観測の場合、フリンジ検出に必要な S/N 比は最低で 5 程度、通常 7以上が望まれる）。また、メーザーについては、上と同様の気象条件および積分時間
で VERA7 モード（メーザー用チャンネル帯域 16MHz）で 512 点分光を行ったとす
ると、B = 31.25 KHz となり、σbl =1.5 Jy、S/N=7 での検出感度は 10.2 Jy となる。
上と異なるパラメーターでの雑音レベルの推定は、以下の式を用いて行うことができる。

σbl = 23 ×Tsys,1200K

1/2 

Tsys,2200K

1/2 

B
128MHz−1/2 τ120sec

−1/2

mJy.

(4)

２ビーム観測を行う場合、少なくともどちらか片方のビームは、上記の明るさ以上を持つ連続波源またはメーザー源を観測する必要がある。これより弱い天体を観測する場合には、明るい天体とペアにして２ビーム観測を行い、位相補償による長時間積分を行う必要がある。位相補償後の長時間積分については、参照天体が十分明るければ、積分時間 τ の平方根に比例して S/N が改善される。

3.6

システム雑音温度

図 8 に、水沢局の K バンドでの受信機雑音温度（フィドーム損失およびスピルオー
バーの効果による雑音温度上昇を含む）および天頂でのシステム温度を示してある。
図にあるように、冬場の晴天時で Tsys = 150 K、夏場の晴天時では Tsys = 300 K が典型的な値である。他の局については、入来局では水沢局に似たシステム温度の季節変動を示すが、小笠原局や石垣島局では高温多湿の季節が長く、5 月〜10 月は水
23
6U[U 64: -



6 -























&CVG
図 8: 水沢局における天頂でのシステム雑音温度（2002 年 12 月〜2004 年 10 月、雨天時を除く）。

沢の 7、8 月程度のシステム雑音となる日が多い。また、天頂大気吸収係数 (τ0 ) も大きいので（夏場は典型的に τ0 ∼ 0.3）、高度の低い天体では Tsys がさらに増加する。

3.7

位置天文観測位置天文観測を行う場合は、DIR2000 系を用いた２ビーム観測が推奨される。
これは、DIR2000 系の方が感度が高いことに加え、DIR2000 系データ用の遅延追尾
補正ツールが近いうちにリリースされることによる。ただし、これらの問題が解決されても、天頂遅延大気遅延誤差などの問題も依然として存在しており、解析にあたっては VERA グループと連絡を取りながら注意深く進めることが望まれる。また、これらの問題をあらかじめ回避するために、観測天体選定の際に２ビーム離角が小さく、かつ高度が高い天体ペアを選ぶことが強く推奨される。

3.8

観測天体に関する情報

時刻較正、バンドパス較正、あるいは、位相準拠用の参照電波源として観測可能な連続波天体については、米国国立電波天文台（NRAO) の VLBA キャリブレーター
サーベイが有用である。VLBA のホームページ
http://www.aoc.nrao.edu/vlba/html/vlbahome/observer.html
にて天体検索や全リストの取得が可能である。参照電波源は、前項で述べた最小検
出フラックス以上のものが必須であり、また、時刻較正やバンドパス較正用のキャリブレーターは 1 Jy 以上のものが望ましい。
24

水メーザー源のカタログについては、イタリア アルチェトリ天文台のThe Arcetri Catalog of H2O maser sourcesが有用である (Valdettaro et al. 2001, A&A, 368, 845)。ただし、メーザー源のフラックスについては強度変動が激しく、また、VLBI で観測すると分解されて相関強度が著しく低下することがあるので注意が必要である。また、カタログ中の位置精度も最大数 10 秒角の誤差を持ったものがあり、これも注意が必要である（通常、観測および相関処理に際しては 1〜数秒角程度の位置精度が要求される）。

3.9

野辺山 45m、鹿島 34m の参加について

今回の試験的共同利用では、国立天文台野辺山 45m 望遠鏡および情報通信研究機構
鹿島 34m 望遠鏡を VERA4 局に加えたアレイでの観測も可能である。この両局の性能等については、J-Net のホームページ等を参考されたい。両局の参加不参加は観測提案の科学的価値および両局の混雑度を考慮しながら、野辺山および VERA のプログ
ラム小委員会にて決定される。ただし、野辺山および鹿島局の記録系は DIR1000 系（記録速度 128MHz）のみであり、VERA4 局を含めた 6 局 15 基線の相関は DIR1000系を用いた場合のみ可能であることに注意が必要である。各局のレコーダー配備状
況を表 8 にまとめる。また、図 9 に、全 6 局で観測した場合の UV 例を示す。

レコーダー

表 8: レコーダーの配備状況
水沢 入来 小笠原

DIR-1000 （記録速度 128Mbps）
DIR-2000 （記録速度 1024Mbps）

3.10

o
o

o
o

o
o

石垣島

野辺山

鹿島

o
o

o
x

o
x

観測データの公開について

共同利用で取得した観測データは、相関処理終了後 18ヶ月でアーカイブデータとして一般に公開される。

25

UV plot (MIZ-IRK-OGA-ISG-NOB-KAS, Dec= 20)
3000

2000

2000

1000

1000

V (km)V (km)

UV plot (MIZ-IRK-OGA-ISG-NOB-KAS, Dec= 60)
3000

0

0

-1000

-1000

-2000

-2000

-3000
-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

U (km)

-3000
-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

U (km)

UV plot (MIZ-IRK-OGA-ISG-NOB-KAS, Dec= -20)
3000

2000

V (km)

1000

0

-1000

-2000

-3000
-3000

-2000

-1000

0
U (km)

1000

2000

3000

図 9: VERA4 局＋野辺山 45m ＋鹿島 34m で観測時の UV カバレッジ。全局とも EL20 度以上で観測したとして計算。左上、右上、左下の順に、天体の赤緯 60◦ 、20◦ 、-20◦ 。

26

4観測の実行とデータ解析

4.1

観測の準備

観測提案者は観測提案が受理されたら、指定された期日までに観測スケジュール作成を要求される。観測スケジュールの作成については、別途示される作成の手引
きを参照のこと。また、スケジュール作成にあたっては、相談役として VERA 側のコンタクトパーソンが決められるので、問題等あれば連絡をとりながらスケジュー
ル作成を進める。

4.2

観測、相関処理観測運用および相関処理については、基本的に VERA グループが行い、観測提案者に要求される作業はない。観測および相関処理終了後、観測提案者には相関処理済み観測データが FITS 形式で渡される。相関処理済みの観測テープは通常 FITS
データ送付後 3ヶ月でリリースされるので、もし再度の相関処理を希望する場合には、この期間内に VERA プロジェクト側にその旨連絡する必要がある。

4.3

データ解析

現状 VERA 用の位置天文データ解析ソフトは開発途中であり、当面の間観測提案
者は FITS 形式のデータを AIPS 上で処理することを要求される。その際、温度較正や位相較正など必要な較正情報も AIPS に取り込める形で別に提供される。

参考資料

VERA Web page（VERA に関する情報全般）: http://veraserver.mtk.nao.ac.jp
VLBA Calibrator Survey （VLBA キャリブレーターカタログなど）:
http://www.aoc.nrao.edu/vlba/html/vlbahome/observer.html
Arcetri Maser Survey （水メーザーのカタログ）:
Valdettaro et al. 2001, A&A, 368, 845
J-Net Web page （J-Net、野辺山、鹿島の VLBI 情報、フリンジファインダーの情報など）: http://www.nro.nao.ac.jp/~miyaji/Jnet/
AIPS （解析ソフト AIPS に関する情報）: http://www.aoc.nrao.edu/aips/27

表 9: 連絡先

氏名

メールアドレス

分野

小林 秀行
川口 則幸
真鍋 盛二
亀谷 收
柴田 克典
田村 良明
廣田 朋也
本間 希樹

hkobaya@hotaka.mtk.nao.ac.jp
kawagu@hotaka.mtk.nao.ac.jp
manabe@miz.nao.ac.jp
kameya@miz.nao.ac.jp
k.m.shibata@nao.ac.jp
tamura@miz.nao.ac.jp
tomoya.hirota@nao.ac.jp
honmamr@cc.nao.ac.jp

プロジェクト統括、アンテナ、相関器システム全般、受信機、デジタル系
解析ソフト
観測局全般
観測運用、スケジュール作成
測地システム
単一鏡性能
位相較正28