木曽広視野カメラTomo-e Gozenと重ね合わせ法による高速移動NEOのサーベイ観測計画

奥村真一郎（日本スペースガード協会）
柳沢俊史（JAXA）、酒向重行（東京大学）、吉川 真（JAXA）
浦川聖太郎（日本スペースガード協会）
大澤 亮、小島悠人（東京大学）
Tomo-e Gozen 開発チーム
2018.11.3 第11回スペースガード研究会内容-

NEO(Near Earth Object)とスペースガード/プラネタリーディフェンス

-

移動天体の観測とトレイルロス、重ね合わせ法について-

Tomo-e Gozenカメラについて(NEO観測に対する有効性)-

Tomo-eカメラと重ね合わせ法の組み合わせによる高速移動微小NEO観測計画

NEO(Near Earth Object)とスペースガード/プラネタリーディフェンス

NEO(Near Earth Object)とスペースガード/プラネタリーディフェンス

•シューメーカー・レヴィ第9彗星の木星衝突（1994年7月）•

2000年前後から様々なNEOサーベイ計画が始動、多くのNEO発見

NEO 100m

10m

1.E+0910km

1km

チェリャビンスク1.E+08



ツングースカ

1.E+07

1.E+06
1.E+05
1.E+04

チクシュルーブ(K-T Impactor)

1.E+03
1.E+02
1.E+01
1.E+00302520NEO 1510

サイズの小さいNEOの発見・監視が重要• 小さい → 暗い
• 地球に近づかないと検出不可• 地球に近づく → 見かけの移動速度：大移動天体の観測とトレイルロス、重ね合わせ法について

高速移動天体の観測•

移動天体→露出中にトレイルするため検出しにくい（トレイルロス）

移動速度と限界等級（トレイルロス）
21

20

1918

V=2.5 pixel/s

17(1m望遠鏡を仮定して計算）

重ね合わせ法による高速移動天体の観測•

移動天体→露出中にトレイルするため検出しにくい（トレイルロス）•

短い露出の画像を足し合わせる「重ね合わせ法」
Yanagisawa+ 2005, PASJ 57, 399
柳沢他2017, 天文月報110(10), 645

あらゆる方向、あらゆる移動速度を仮定して足し合わせ重ね合わせ法による高速移動天体の観測
Observation time•

移動天体→露出中にトレイルするため検出しにくい•

短い露出の画像を足し合わせる「重ね合わせ法」
original image（Yanagisawa+ 2005, PASJ 57, 399）
あらゆる方向、あらゆる速度を仮定して足し合わせ・・・・・・・・・・

sub-image•

マシンパワーが必要→ 解析時間を短縮するアルゴリズムの開発とfixed starmoving object
FPGAボードの導入により改善

図 1：重ね合わせ法“median image”

柳沢 他（2002）
第46回宇宙科学技術連合講演会集録より

fixe

mov
“median image”
重ね合わせ法による高速移動天体の観測
図 1：重ね合わせ法の CCD 画像 2 枚を撮影し、恒星移動天体を探索する。小惑星等しまうため、露出時間は 5 分程これらの観測法は、1 枚の画像下の暗い移動天体を検出する「重ね合わせ法」は多数の CC

1 枚における検出限界以下の移(a)にする。図 1 に示すように、多動天体の動きに合わせた画像をの後、全ての切り取り画像の中この過程において移動天体から取り画像上の同じ画素に蓄積さ切り取り画像上では移動していを作成することによりほぼ完全きる。図 2(a)は CCD 画像 1 枚(b)2(b)は同じ領域の 40 枚の画像に

図 2：重ね合わせ法で検出された小惑星を実行した際の最終画像で、小柳沢 他（2002） る。図 2(a)中の黄色い円内に小であるが、確認は不可能である
第46回宇宙科学技術連合講演会集録より

移動速度と限界等級（トレイルロス）
212019

重ね合わせ法による効果
V=1.018

V=2.5 pixel/s

17(1m望遠鏡を仮定して計算）

重ね合わせ法による高速移動天体の観測•

移動天体→露出中にトレイルするため検出しにくい（トレイルロス）•

短い露出の画像を足し合わせる「重ね合わせ法」➡ Yanagisawa+ 2005, PASJ 57, 399➡ 柳沢他2017, 天文月報110(10), 645

あらゆる方向、あらゆる移動速度を仮定して足し合わせ•マシンパワーが必要→ 解析時間の短縮のためにはFPGAボードの導入とアルゴリズムの最適化が必要Tomo-e Gozen カメラについて

Tomo-e Gozenカメラについて
Q2 Counterweight

Q1 w/ 21 CMOS sensors

Q3 w/o sensors

Q4 Counterweight) (/-ﬁﬁTomo-e Gozenカメラによる
高速移動微小天体(地球接近小惑星)の観測•

広視野・高速カメラという特徴↓
Tomo-e Gozenカメラは移動天体に対して非常に有効（本研究会小島他講演）

ST

8.40.215522

0Limiting Magnitude (SN=5, AB)

26

•

ZTF
Tomo-e Gozenカメラによる
PanSTARRS
PanSTARRS (1.8m, 30sec)
LSST
24
Tomo-e Gozen
高速移動微小天体(地球接近小惑星)の観測

22

LSST (8.4m, 15sec)ZTF (1.2m, 30sec)
20
広視野・高速カメラという特徴

18↓ (1m, 0.5sec)
Tomo-e Gozen

Tomo-eGozenカメラは移動天体に対して非常に有効
16（本研究会小島他講演）
14
12

Tomo-e Gozenカメラと重ね合わせ法の組み合わせにより、
100.010.11101001000
移動天体に対して非常に高いパフォーマンスを発揮
Moving Speed [arcsec/sec]

２ Tomo-e Gozen, ZTF, Pan-STARRS, LSST の NEO に対する感度比較. 横軸はNEOの移動速度, 縦軸=5 でのAB等級を表す.
感度計算では中心波長 500nm, 波長幅 200nm の矩形のResponse Function を移動天体に対する感度（本研究会小島他講演）

Tomo-e カメラと重ね合わせ法による高速移動微小天体(地球接近小惑星)の観測

例えば0.5秒露出 64枚重ね合わせ → ~ 20­21mag

ST8.40.215Limiting Magnitude (SN=5, AB)

26
24
22

PanSTARRS (1.8m, 30sec)

64枚の重ね合わせ効果

20

ZTF (1.2m, 30sec)

18

Tomo-e Gozen (1m, 0.5sec)

5220ZTF
PanSTARRS
LSST
Tomo-e Gozen

LSST (8.4m, 15sec)

16
14
12
10
0.01

0.1

110
Moving Speed [arcsec/sec]

100

1000

２ Tomo-e Gozen, ZTF, Pan-STARRS, LSST の NEO に対する感度比較. 横軸はNEOの移動速度, 縦軸=5 でのAB等級を表す.
感度計算では中心波長 500nm, 波長幅 200nm の矩形のResponse Function を移動天体に対する感度（本セッション小島他講演）

Tomo-e カメラと重ね合わせ法による高速移動微小天体(地球接近小惑星)の観測

例えば0.5秒露出 64枚重ね合わせ → ~ 20­21mag↓2”/s 程度移動する天体に対しての感度は8m級望遠鏡に相当！!

NEO 100m

10m

1.E+0910km

1km

チェリャビンスク

1.E+08ツングースカ

1.E+07



1.E+06
1.E+05
1.E+04
1.E+03
1.E+02
1.E+01
1.E+0030

2520NEO 

1510

実施計画(スケジュール)
•

今年度
-

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Tomo-eの開発、試験データ取得
FPGAシステムをJAXA調布と美星スペースガードセンターに導入、解析アルゴリズムの検討・開発・最適化

来年度以降
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FPGAシステム＋必要な計算機類を木曽観測所に導入
即時解析パイプラインの構築
即時フォローアップ観測体制の構築

検出NEOのフォローアップ体制• 移動天体発見時、見失ってしまわないために即時フォローアップ観測が必要↓• Minor Planet Centerに報告• 美星スペースガードセンターでの即時フォローアップ観測を予定

まとめ• スペースガード/プラネタリー・ディフェンスの観点から数十ｍクラスのNEOを発見、軌道を把握する事が重要• Tomo-e Gozenカメラと重ね合わせ法の組み合わせによる高速移動NEOの観測
移動速度によっては8m級望遠鏡に相当する感度を達成