NUV Instrument Project1

近紫外線観測装置構想
千葉⼯業⼤学 惑星探査研究センター
秋⽥⾕ 洋・諸隈 智貴

2023-07-20

U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project

⼀⾒敷居が⾼そうな「近紫外線(=300-400nm~u-band)の観測」を⽬指します。
「近紫外線の感度を最優先した観測装置」を「低コスト・短期間で製作」して、「⼿近な国内外望遠鏡に装着して早期に観測する」ことを構想しています。
多様な研究分野が創⽣された現在において「近紫外線」の観測情報は、（古くとも新しい）ユニークな役割を果たすと期待しています。
「近紫外線」を軸に、多様なサイエンスの提案や議論をいただけますと幸いです。

22023-07-20

U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project
3

1.

背景

2.

観測装置構想3.

装置開発状況

4.

まとめ2023-07-20

U-band Instrument mini WSNUV Instrument Project42023-07-20

U-band Instrument mini WS

p 「学部・学科」・「⼤学院」とNUV Instrument Project5

は独⽴した「研究センター」の1つ
p 研究員36名 (嘱託・⾮常勤含)

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U-band Instrument mini WS

p 2009NUV Instrument Projectp 宇宙・惑星・⽣命の起源や進化、⽣命とそれを育む惑星の成り⽴ち
p 宇宙空間での観測活動を⽀えるための最先端の技術開発→ 太陽系内探査、地球圏の観測、実験、関連技術開発が主p 2021/2- 観測天⽂学分野新設
p 秋⽥⾕ 21/2-・諸隈 22/2p 現在3年⽬

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project7

p FY2021- パミール⾼原天⽂台計画

p パミール⾼原（タジキスタン東部）に天⽂台を建設、時間領域観測天⽂学を推進
p 標⾼4350m、乾燥、⾼透過率、好天。Mauna Keaと遜⾊ない良サイト
p u-band機能がユニーク→装置検討を開始

COVID-19・宇露情勢・⼈的連携の変遷により天⽂台は実現困難となった

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U-band Instrument mini WS

p FY2022- 「近紫外線装置」構想をパミール⾼原天⽂台計画とは独⽴
NUV Instrument Projectに推進

p8

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p 地上からの「近紫外線」観測はマイナーになりつつある

いまいちど、
p 近紫外線の感度に注⼒した観測装置を開発・製作
p 国内外の⾝近な望遠鏡に装着する。そして、
p 研究分野が刷新された現代において、近紫外線観測データを軸に観測天⽂学を発展させる

装置設計・開発・製作、サイエンス検討、観測環境調査、予算獲得を本格化
p PERC「観測天⽂学」グループ(HA, TM)の主プロジェクトとして推進
U-band Instrument mini WS

p 300-400 nm を想定
NUV Instrument Project

紫外線=「波⻑が1nmから400 nm程度の電磁波の名称。
……」(ASJ 天⽂学辞典)p

広義での「(地上からの)可視⾚外線観測天⽂学」における「最短波⻑帯」

p~U-band, u-band

ASJ 天⽂学辞典
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Bessel (2005)
U-band Instrument mini WS

共同研究者: HA, TM, 川端KS, 浦川, ⾕津

NUV Instrument Projectp C型⼩惑星近紫外線吸収帯

p ⽔の含有・脱⽔過程のプローブ

p 重⼒波対応天体・中性⼦星連星

加熱したマーチソン隕⽯(~C型⼩惑星と同等)の反射スペクトル

合体における「⻘いキロノバ」成分の検証
p 突発天体: ⾼エネルギー・⾼温度現象の⿊体放射

Tpeak ~ 3e6[nm・K]/λ[nm]~ 1e4 K /(λ[nm]/300[nm])本mini WSで提案議論をお願いします
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U-band Instrument mini WS

1.

NUV Instrument Project
112.

3.

写真乾板・光電⼦増倍管時代
pU-bandは標準の1つ

pp

感度ピークが⻑波⻑側に移⾏・広帯域化
⻑波⻑側への関⼼の⾼まり。移⾏（光⾚⽅偏移天体・発展した⾚外線観測との接続）

アレイ検出器(CCD・CMOS)時代

近年は近紫外線感度をもつアレイ検出器も出てきた（⻑波⻑側とのトレードオフは必要

現状分析(私⾒)p 広帯域化で観測波⻑の選択肢が広がった。
→空の透過率が低い・光学系コストが⾼い近紫外線は削られがちp 近紫外線の科学的価値が低下したわけではな
い→良サイトの⼤きい計画では対象になる。しかし、効率は最適とも限らない
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McLean (2008)“Electronic Imaging in Astronomy (2nd ed.)”U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project
12Q. 近紫外線の透過率はそこまで低いのか?
A. 端からあきらめるほど低くはありません。国内でも実施するに値します。
Q. 近紫外線対応すると装置コストがかかるのでは?
A. 欲張りません。近紫外線のみを追求した検出器・光学系の装置でコストを抑えます。
Q. 近紫外線だけでサイエンスができるのか?
A. 欲張りません。他の波⻑は他の望遠鏡・装置に任せます。
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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project132023-07-20

U-band Instrument mini WS

p 撮像(u-band, 狭帯域, ...; FOV 5ʼ @1.5m, F/12.2), ス
NUV Instrument Project

リットレス分光(R~40), 直線偏光

近紫外特化
u, (+ushort, ulong, g, …)
CMOS GSense400 UV(FLI KL400 UV カメラユニット)
撮像 (2Kx2K; 0.5”/pix, 34’ FOV @かなた)(48fps読み出しも可)
望遠鏡: 初期は東広島天⽂台かなた1.5m 第2ナスミス焦点を想定。
将来的には、国内外で使える望遠鏡へ持ち込み。(アリゾナ⼤と検討開始)

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Projectp 東広島天⽂台 ⼝径1.5m かなた

望遠鏡 第⼆ナスミス焦点
p メリットp 地理的アクセスが良い

p 観測時間を確保しやすいp 開発者(HA)が望遠鏡・装置設置部・インタフェースを熟知

p デメリット

p M3分の効率減 (CsはHONIRが常駐)
p 視野・装置ローテータなし
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HONIRメンテ・取り外し時はCsに装着できる?
U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project16

p mini WS webpage

p https://www.perc.itchiba.ac.jp/astr/ubandinst/inst
rument_spec/2023-07-20

U-band Instrument mini WS•
NUV Instrument Project

detector: CMOS Gpixel GSENSE 400 BSI-UV
2048 x 2048 pixel (11 um/pixel), readout noise: 1.4 e-/pix• camera module: FLI KL400BI w/ G1 shutter, peltier cooler••

optics: 1.5m Kanata telescope (Hiroshima University)@2nd Nasmyth focus (no rotator)• optimized for 300-400nm• FoV: 5.0 x 5.0 arcmin2, 0.146 arcsec/pixel••

filters•

17u, g, r, u-short, u-long2023-07-20

U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project

SN=5Sky BG.
lim.

SN=20RON
lim.

10s

100s

S/N=5: 18.0-19.0 (t=10 sec), 19.0-20.0 (t=100 sec)
S/N=20: 16.5-17.5 (t=10 sec), 18.0-19.0 (t=100 sec)
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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project19

p 相対測光 / stellar density

p 1 object per FoV (25 arcmin2)となるのは、u=17magでも「SDSSの2/3くらい」
p 「視野内に相対測光をする星がいない」ケースがありうる

p maximum exposure time in a single exposurep かなたNs2; ローテータがない(ガイダーもない)p ⻑い積分に制限。tmax ~20-30 sec (おおよその⽬安)
p tracking accuracy: 1-2 arcsec/5 minutes

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U-band Instrument mini WS

Our Instrument

SUBARU FOCASNUV Instrument Project20

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project21

2パターンを設計
p 初期成果⽤(F変換なし・狭視野・低コスト) (当⾯はこちらを製作) FOV 5ʼxʼ5ʼ
p 本格運⽤期⽤(F変換あり・広視野・⾼コスト)

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U-band Instrument mini WS

Optical design

NUV Instrument Project22

AR coating design2023-07-20

U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project23

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U-band Instrument mini WS

p FY2022
NUV Instrument Projectp 装置概念設計
p 光学設計p 観測環境評価(机上)p 基本機器購⼊(CMOSカメラ・SQMほか)

p FY2023(いまここ)

p 装置本体製作(外部資⾦次第)
p かなたでの初期観測 (冬のFLを⽬指す)
p 観測環境調査（実地）p FY2024-p 観測(国内、海外展開)
p 装置の改良・刷新

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U-band Instrument mini WS

p 内部経費NUV Instrument Projectp FY2021-: 惑星探査研究センター経費

p 基礎検討、CMOSカメラモジュール、⼩型光学素⼦、光学設計、etc.

p 外部資⾦p × FY2023-: 科研費基盤(B) (PI: HA, Co-I: 川端, 浦川, ⾕津)

p ○ FY2023-2025: 東レ科学研究助成 (PIO: TM, Co-I: HA, 川端) 1300万円

p 今後 ~2.5年: 現予算+内部経費で活動
p 初期装置製作、かなたでの初期観測p その後: 追加外部資⾦獲得へ

p ⾼機能装置製作、国内外望遠鏡への展開

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project26

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project

p CMOSセンサー

Gsence400 BI UV
p 2024 x 2024 pix
p 11 μm/pix
p FLI KL400 冷却カメ

ラモジュールp 駆動試験・性能評価を開始

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project28

p NAOJ ATCオプトショップ

p 導⼊予定フィルターの分光透過率を測定

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Projectp BK7 + ARコートの光学窓2枚 あり

p 望遠鏡⾼度軸エンコーダの気密保護のため
p 300-400nmは⾮透過

p ウィンドウを除去・エンコーダを独⽴に気密保護する機構を導⼊ (⻄村製作所)
p 9-11⽉内の早期に実施

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U-band Instrument mini WS

利⽤コード例: https://gitlab.com/hiroshi.akitaya/site_survey

NUV Instrument Project
標⾼ 511.2 m (かなた), model: 'Midlatitude Summer'
https://gitlab.com/hiroshi.akitaya/site_survey//blob/main/atmosphere_test/lawtran_model_curve_tables-kanata.ipynb
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U-band Instrument mini WS

p LOWTRAN7 ⼤気モデルを⽤いてu-band透過率を推定
NUV Instrument Project

透過率 vs 波⻑/標⾼u-band 透過率・モデル＆実測値

標⾼Model: Subarctic winter31• ものすごく悪いわけではない• 標⾼依存性が⼤きすぎるわけでもない

国内低標⾼ではモデルより悪くなることは予想される(⽇本特有の⽔蒸気、⼈間活動によるエアロゾル) → ⽂献調査・実測を進める

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project
OAOデータは吉⽥道利⽒のOAO 188cm + SNGの評価値。
(必ずしも測光夜であったわけではなさそう)
柳澤⽒提供による
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U-band Instrument mini WS

p ⽂献調査NUV Instrument Projectp APO: u ~ 22.01[mag/arcsec2] [SDSS web page]p 国内(特に最近は?)→ 情報少ないp

国内サイトで空輝度を測定するpUnihedron web page

Sky Quality Meter(Unihedron社)改造

pp

標準フィルター・レンズ除去
SDSS b, g, rフィルター装着

p CMOSカメラ＋簡易分光器

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岡⼭夜光輝線 (Iye+91)2023-07-20

c-Si
photodiodeTSL237(TAOS)

U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project34

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U-band Instrument mini WS

p 「近紫外線(=300-400nm~u-band)観測」を⽬指して、「この波⻑の感度に注⼒した観測装置」を2. 「低コスト・短期間で製作」して、3. 「⼿近な望遠鏡(かなた)に装着して早期に観測」します。
1.

NUV Instrument Project35

p 「基礎検討」「観測環境調査」「外部資⾦確保」を進めています。
p 今年度内の装置製作・初期観測を⽬指します。
本WSにおいて、
p サイエンスケース
p 観測技術（キャリブレーション等）
p 装置機能の改善・追加の提案・議論をいただけますと幸いです。
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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project36

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U-band Instrument mini WS

p FORTARANベースの⼤気モデル
NUV Instrument Project37

p 0 to 50,000 cm-1 at a resolution of 20 cm-1.
p wrapper pythonモジュール lowtran から利⽤可能
p https://github.com/space-physics/lowtran2023-07-20

U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project38

p 家, ⻄原, 菅井 (1991), 国⽴天⽂台報, 1, 221

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project
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Teledyne e2v
42series
GSense400

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U-band Instrument mini WS

NUV Instrument Project40

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U-band Instrument mini WS