Solar-B
観測性能と制約
Toshifumi Shimizu
ISAS/JAXA
shimizu@solar.isas.jaxa.jp

2005/10/31

Solar-B国内会議

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今日話すこと
 Solar-B搭載望遠鏡の機器としての機能詳細は話しません 第5回サイエンス会議(六本木)収録を見て
 観測プランを考えるとき、データ量の考慮が必要。この点を中心に議論する。

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Solar-B
Flight model Solar-B under system-level test

(2004 Sep 15)
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Solar-B国内会議(2005 Oct 4)3

3 high-performance telescopes

Solar Optical Telescope(SOT)– High resolutional
observations of magnetic andvelocity fields at thephotosphere

EUV Imaging Spectrometer(EIS)– Diagnostics of the coronalthermal properties anddynamics



X-Ray Telescope (XRT)– High resolution imagingof the corona

Coordinated observations among three telescopes
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Solar-B FOV
800arcsec
360arcsec
320arcsec
512arcsec

160arcsec

SOT

EIS

2000arcsec

Maximum size of FOV is shown here.
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XRT

5Solar-B data recorder and downlinks
 Data Recorder– 全体容量 8Gbits (1Gbytes)– うち、７Gbitsが科学データの蓄積に使用予定– SOT/XRT/EISの3機器がシェアして使用
通常 SOT:XRT:EIS=70%(4.9Gb):15%(1.05Gb):15%(1.05Gb)
運用会議において観測内容に応じて配分を調整
すなわち、SOT:XRT:EIS=100%:0%:0%=40%:45%:15%といったことは可能

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Solar-B data recorder and downlinks
 1日に取得できるデータ量は?

– ダウンリンク局の頻度による– Solar-B軌道：太陽同期極軌道、約95分周期– 計画されているダウンリンク局• USC (内之浦) 朝夕最大各2パス• Svalvard (ESA) 毎週回、一日15パス– データ量見積り• Svalvard– 1パス時間 3~11min (El. 6 ~ 90 deg)
– 1日合計 138min (ある日の可視時間予測計算より)• USC– 1パス時間 5~11min– 1日合計 32min (ある日の可視時間予測計算より)• データダウンリンクレート ~4Mbps• 1日合計 40.8Gbits、うち科学データ 35.7Gbits (4.4Gbytes)
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7観測立案のため-取得可能データ量


1日合計科学データ 35.7Gbits (4.4Gbytes)– 標準的機器分配 SOT:XRT:EIS = 70%:15%:15%= 25.0Gbits: 5.4Gbits: 5.4Gbits



データ発生レート– 一日平均的にデータを取得した時
SOT= ~300Kbps, XRT= ~60Kbps, EIS= ~60Kbps– 与えられたレコーダ容量の範囲内でバース的観測は可能
ある時間はバース的観測、残りはちょろちょろ的観測
例. SOTの場合
Possible maximum rate
~1.3 Mbps (in nominal)~1.8 Mbps (in SOT dominant) ~50 min to occupy 4.9Gbits in data recorder
The rest of the time is in idle.
注：圧縮後のデータで2005/10/31

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8観測立案のため-データ量予測 生成データ量の予測が観測計画上重要となる観測装置としては高い分解能は可能だが….
テレメトリ上制限のため
Science data can be compressed in MDP– MDP has an ASIC chip for 12bit JPEG/DPCM• Pixel data is bit-compressed from 16 bit-pixel to 12 bit; 8 look-up tables• 12bit JPEG (DCT): lossy– ~3 bits/pixel for SOT/FG data
– ~1.5 bits/pixel for SOT/SP data
, when compression noise is comparable to photon noise level• 12bit DPCM: lossless, 6-8 bits/pixel• Compression ratio depends on images and required quality
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9観測立案のため-データ量予測

FPP FG Camera simulated
image, made from La Palmadata

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SOT Observational Capabilities- Focal Plane Instruments Package (FPP)Filter (FG) Observation
A 4Kx2K CCD camera shared

Typical Observables

Broadband Filter Imager (BFI)

Filtergram

Dopplergram
Narrowband Filter Imager (NFI)

Long. Magnetogram
Stokes IQUV

Shutterd exposure

Shutterless exposure

Spectral (SP) Observation
Spectro-Polarimeter (SP)2005/10/31

Stokes IQUV
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Multi-wavelength filter observations
with SOT
Obtained with SVST @ La Palma

H alphaCaII H
Magnetic fields2005/10/31

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continuum (G-band)12

地上観測例：2005/7スペイン観測からDOTG-band

下記5台CCD同時に走らせた
 CaII H
 G-band Blue continuum H alpha Red continuum
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Speckle処理後のデータ
1.3K x 1K 90”x70” 30sec毎
 220Kpixel/sec
Solar-Bに置き換えて、
 3bit/pixel圧縮 650Kbps

視野を限るか時間を落とすかバースト的観測
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Observation Example
To study magnetic/dynamical nature of microflareassociated small emerging fields in AR.
 Need telemetry ~300 Kbps continuously for a long period SP observation
– Fast mapping, 80” wide scanning, NS size=80”, 0.32” resolution– One map completed every 15 min– Data size: 229Kpixel every 3.6 sec.
– Telemetry: 96 Kbps with 1.5bits/pixel compression.
FG observation– G-band, 3 wavelengths in Halpha, Longitudinal magnetogram,Dopplergram, repeated every ~45 sec.
– 80”x80” FOV, 0.08” resolution for G-band and magnetogram, 0.16” forHalpha and Dopplergram– Data size: 3.25M pixel every 45sec– Telemetry: 222 Kbps with 3 bits/pixel compression

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Observation Example (2)To study short-term magnetic evolutions of entire AR.
 SP observation
– Normal mapping, 180” wide scanning, NS size=180”, 0.16” resolution– One map completed every 90 min– Data size: 191Kpixel/sec.
– Telemetry: 290 Kbps with 1.5bits/pixel compression.
FG observation– G-band, 3 wavelengths in Halpha, Longitudinal magnetogram,Dopplergram, repeated every ~ 1 min.
– 160”x160” FOV, 0.16” resolution (2x2 summing)– Data size: 8.4M pixel every 60 sec– Telemetry: 420 Kbps with 3 bits/pixel compression



合計 710Kbps 300Kbpsの倍1/2観測し、1/2休み

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XRTの場合
Observation controlled by observation tables:

Typical Time Cadences typical data rate for XRT(1) ~ 600 k pixel / min– example 1: Continuous Observation (576 k pixel / min)• 384”×384”, 1”-resolution, 30sec-interval of a filter pair.
– example 2: High-Speed Observation (576 k pixel / min)• 384”×384”, 1”-resolution, 5sec-interval of a filter pair,
10min-continuous observation and 50min intermission.
– example 3: Combination of FFI and PFI (586 k pixel / min)• 384”×384”, 1”-resolution, 40sec-interval of a filter pair.
• 2048”×2048”, 4”-resolution, 200sec-interval of a filter pair.
(1) The total rate of 400kbps (about 15 downlink/day) is assumed. SOT, XRT and EIS usuallyshare this data rate in the ratio of 70%, 15% and 15 %. XRT image data is 12bit/pixel andmay be compressed to about 6bit/pixel by DPCM.
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EIS Data Flow
Small spectral
window (25 max)

Data compression
DPCM(loss less) or 12bit-JPEG

Observation table 250 kbps max
for short duration, 40 kbps average

CCD Readout
2Mbps max
Electronics control EIS ICU 1.3 Mbps S/C MDP
Large hardware
CCD window

1 slit obs. 40 slot obs. 250 slot obs.
Spec.width
1640250
Spatial width 256
512
256
No. of lines
844
Compression 20%
20 %20%
Cadence
2 sec
5 sec
15 secRate
38.4 kbps 38.4 kbps
40 kbps

Average rate depends
on number of downlink
station.

Telemetrydata format

10 min cadence for 44 rastering
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17最後に、Joint観測案の一例
MO&DA Action Item:
Weber, DePontieu, & Landi will create two examples of SolarB JOPs.
Location: MODA website (SAO)--http://hea-www.harvard.edu/solarb/documents/MODA/

中身は良く見ていませんが、観測立案でどのようなことを考えるかを知る参考になるかな。。

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