鹿島３４mアンテナを使った
NICTのVLBI研究
関戸 衛
川合栄治、氏原秀樹、近藤哲朗、堤正則、宮内結花、長谷川新吾
情報通信研究機構 時空標準研究室
鹿島宇宙技術センター

鹿島34mアンテナ• 1988年(昭和63年)設置：西太平洋電波干渉計プロジェクト(1988-1993)• 2019年（令和元年） 9月9日台風15号(56m/s@34m)により被災

西太平洋電波干渉計プロジェクト:１９８８－１９９３
南鳥島の動き鹿島34m• 近藤哲朗,他,測地学会誌(1992)• Y.Koyama et al. CPCM’93,(1993)• 小山泰弘,測地学会誌(1996)• 近藤哲朗,他,測地学会誌(2004)
南大東島3m

南鳥島10mSpace VLBI(VSOP)プロジェクトへの参加協力
中島潤一さんC-band常温受信機立ち上げ

M87

距離：0.5億光年

VSOP(VLBI Space Observatory Programme): 宇宙科学研究所,国立天文台

3C273

世界初の衛星VLBI。1997年打ち上げ、2005年運用終了

鹿島34mアンテナは5GHzの観測が可能な国内唯一の電波望遠鏡として、VSOP衛星との初期テスト観測やプロジェクト観測に参加。
画像提供 ISAS＆国立天文台VSOPプロジェクト
http://wwwj.vsop.isas.ac.jp/general/vsop_images.html

距離：18.5億光年

小惑星レーダ観測 ～鹿島の名前がついた小惑星～GOLEVKA

1995年 小惑星6489のバイスタティックレーダ観測• R.S.Hadson, et al.Icarus Vol.148 (2000)• Y.Koyama,et al., J.CRL Vol.48(2001)

地域貢献

1996年 小惑星4197のバイスタティックレーダ 鹿島34m、臼田64m 同時観測
1999年金星のレーダ観測

1996年サッカーWC誘致応援PSR1937+21波形

パルサー 研究（１）0.07

パルサータイミング観測(PSR1937, 1997-2005)••

Y,Hanado, et al., PASJ(2001)
Ilyasov et al., Astron Lett.(2005)

強度0.060.05
0.04
0.030.020200 400 600 800
1周期 （～1.6ms）

1000

７パラメータフィット後、 1日平均-10（位置、周波数(2次まで）、固有運動、年周視差）

Residual (micro sec)

AreciboKashimalog( σ z)

-11-12-13-14-15
66.5

7 7.5 8log(τ) (sec)

8.5

930
20RMS = 2.28 (microsec)

100-10-20-30

50600 51100 51600 52100 52600 53100 53600
MJD

パルサー研究（2）

位置天文VLBI観測

CRL‐ロシア LPIプーシノ電波天文観測所の共同研究（1995-2000)
PSR0329+54の固有運動
M.Sekido, et al., PASJ(1999)

５つのパルサーの固有運動を測定
PSR0329+54
PSR0355+54
PSR0950+08
PSR1333+16
PSR2021+51M.Sekido PhD Thesis,2001

Kalyazin 64mアンテナー鹿島34mアンテナ
基線長7000km

パルサー研究（３）ジャイアント電波パルス

Crab Pulsar
K.Takefujki, et al., PASP(2016)

相互相関スペクトルを積算したダイナミックスペクトル惑星間シンチレーション、木星シンクロトロン放射の観測
惑星間シンチレーションの観測• M.Tokumaru, et al., J. Geomag. Geoelectr.(1991)• M. Tokumaru, J. Geomag. Geoelectr., (1994).
• M. Tokumaru, et al., J. Geomag. Geoelectr., (1995)

IPS観測例。時間は右から左に進む。受信周波数はSバンド（２GHz）とXバンド（8 GHz）。電波星は準星3C273Bと3C279。図中のON／OFFはそれぞれオンビーム／オフビームを意味する。

IPS観測で求められた太陽風速(Tokumaru et al., 1991) 。20Rs付近に明瞭な太陽風の加速域が認められる

木星シンクロトロン放射の観測• Y. Miyoshi, et al.,Geophys. Res.Lett. (1999)

DIM 鹿嶋３４ｍアンテナの観測結果
F10.7 太陽活動度指数。(a): F10.7は地球での値。(b):F10.7の木星での位置にシフトした値。DIMの変動と木星位置でのF10.7と良い相関がみられる。

VLBIによる宇宙飛翔体の軌道決定(ISAS+NICT)

火星探査機のぞみ
2002-2003年地球スイングバイ

小惑星探査機はやぶさ
2005年イトカワタッチダウン

従来から使われていたR&RR計測にVLBI観測を加えることで探査機の軌道決定精度が改善する。
火星探査機「のぞみ」や小惑星探査機「はやぶさ」のVLBI
飛翔体VLBI観測に参加した国内のVLBI観測網観測を通じて、軌道決定技術の改善を目的とした。

1Gbps リアルタイムVLBI（e-VLBI) 初フリンジ 2001年6月
中島潤一さん（NICT)
川口則幸さん（NAOJ)
魚瀬尚郎さん（NTT)
エレックスさん鹿島34-臼田64m リアルタイムVLBI
NTT、天文台、宇宙研、NICTの協力の成果

e-VLBI：リアルタイムVLBI、迅速UT1計測
2009年 国際天文年 リアル
タイムVLBIネットワーク観測

2004年 MIT Haystack観測所とUT1の迅速計測実験.4
時間でUT1の計測に成功
2007年北欧―日本の間で行った
e-VLBIによるUT1観測(30分)
M.Sekido, et al., EPS(2008)••••

高速ネットワークに適応したVLBIデータ伝送プロトコルを開発。
実時間で観測－相関処理を実現する研究。
地球の自転角(UT1)を迅速に得る
地球規模の仮想電波望遠鏡の合成

鹿島34mアンテナ距離基準用小型VLBIの開発：国土地理院ーNICT共同研究
S/Xバンド同時受信可能な小型VLBI局

広帯域VLBIシステムの開発 ・ RF-ダイレクトサンプリング• Bandwidth Synthesis (BWS)– 従来の S/X VLBI: 16MHz x 10 ch
有効帯域幅∆𝑓𝑓𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 =150~300MHz– 広帯域 VLBI, 3-14GHz

観測周波数: 6.0, 8.5, 10.4, 13.3GHz
有効帯域幅∆𝑓𝑓𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 =2.7GHz• RF-Direct Sampling• アナログ周波数変換なし、直接デジタル化• 位相安定がよいバンド幅合成 の遅延分解関数
Standard geodetic VLBI

Freq.= 8212.99, 8252.99, 8352.99,8512.99, 8732.99,8852.99,8912.99, 8932.99 MHz
BW = 8MHzBroadband VLBI

Freq.= 6000, 8500, 10800, 13300 MHz
BW= 1024MHz• 10倍高い分解能• アンビギュイティなし

光格子時計の周波数差を精密に比較計測する• 広帯域(3-14GHz)のVLBIシステムを、鹿島34m、2.4m小型アンテナに搭載• 光格子時計の周波数比を16桁の精度で計測する。
• Medicina(2.4m) – Kashima34-Koganei(2.4m)のVLBI観測 2018年より開始

Yb-Clock

INRiM/Torino
Fiber Link

Kashima
INAF/Medicina

NICT/Koganei
Sr-Clock

INRiM:
National Research Institute of Metrology, Italy
INAF/IRA: National Institute for Astrophysics/Institute of Radio Astronomy, Italy
NICT:
National Institute of Information and Communications Technology, Japan広帯域VLBI－電波天文学的副産物

3C418
Correlation Amplitude
On UV-plane
Gv8287(14Oct2018)

Gv8328(24Nov2018)

Gv9015(15Jan2019)

Gv8308(4Nov2018)

Gv8338(4Dec2018)

Gv9025(25Jan2019)

Gv8318(14Nov2018)

Gv8349(15Dec2018)

Gv9045(14Feb2019)

Gv8359(25Dec2018)

電波源の構造

広帯域VLBI－電波天文学的副産物
ICRF3 (Defining source)

Gv8328(24Nov2018)

3C418

Gv9045(14Feb2019)0059+581
Radio source image is Cited from astrogeo.org image

測地観測性能: 2.4m-2.4m基線

広帯域VLBI－測地性能

国内(産総研―小金井) 70km 基線:
遅延残差:~10ps、基線長再現性: 1.2 mm

IVSの多くの基線の基線長再現性のデータ
2.4mペアの広帯域VLBIは大型アンテナ基線

大陸間VLBI (日-伊)
遅延残差: ~30ps、8700km基線

基線長再現性 : 15mmと同等の性能を示している周波数リンク

広帯域VLBI－周波数リンク

複数の水素メーザ（HM)を介してSr/Ybの周波数比を測定する。

INRiM
Yb(a)

Optical FiberLinkHM(b)HM

INAF
Medicina(c)VLBI

NICT

HM3(d)(e)

Sr

HM15