2018/1/6 望遠鏡および観測装置会議@キャンパスプラザ京都

SEICAの進捗
山本広大(京都大学)
SEICA開発チーム
京大岡山3.8m望遠鏡架台

SEICA
惑星撮像装置SEICA[Second-genera=on
Exoplanet Imager with Coronagraphic Ao]bottom-right

HR 8799 e

1000

4.00.75×A60, 0.25×E60

equilibrium5

他観測で発見済の惑星を観測→キャラクタリゼーション

SEICA: 意義・目標

1’(60’’)
HR8799 (Currie+2014)
b 7MJ
1’’.7+

主星との光度比はおよそ10-5
d 10MJ0’’.7

c 10MJ
1’’.1

e 9MJ
0’’.4

惑星質量 (木星質量)

Note. — References: 1) Burrows et al. (2006), 2) Currie et al. (2011a), 3) Madhusudhan et al. (2011), 4) Skemer et al.
(2012), 5) this work.
10101.01■ 木星Gaiaの観測領域

0.10.1

■土星

海王星

■■

天王星

0.01
0.01

0.001
0.001

■■ 地球

金星
0.01

0.01

0.1

1100.1 1.0 10離角 (秒角)Fig. 1.— Keck/NIRC2 L′ images of HR 8799 from 2012 data (left) and archival 2010 data (right) reduced using A-LOCI.
are all easily identifiable.

u木星型太陽系外惑星の直接撮像→0”.2—0”.3で10-5〜-6
u先進技術のテストベッド[FPGA制御,PDI WFS, SPLINE, ポストプロセス]

H31/2019にFL

SEICA (Second-genera<on Exoplanet Imager with Coronagraphic Adap<ve Op<cs)

u 目的：
u 0’’.2(2AU@10pc)以遠で木星型ガス惑星の検出/キャラクタリゼーション
u SEITに接続可能な(先進的)技術のテストベッド
u FPGAによる補償光学制御
京大岡山3.8m望遠鏡
u 位相計測型波面センサ
u ナル干渉型コロナグラフ
u スペックルナリング
u 干渉撮像計
u 分割鏡における高コントラスト
技術の獲得 etc....
u 京大岡山3.8m望遠鏡に搭載予定
u TMTと同じく分割主鏡(18枚)
u 国内設置のためアクセスが容易

2/10

SEICAの基本構成

望遠鏡より

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u 極限補償光学: 波面補正
極限補償光学u コロナグラフ (ナル干渉計):主星光を強く低減
コロナグラフu ポストプロセス装置(SPLINE)(干渉計撮像/高分散分光装置など):コントラストのさらなる改善および惑星光のキャラクタリ 干渉撮像
ゼーション
空間分解・惑星系の再構成獲得できる情報u Planetary radial
velocity (質量, 軌道)
u Planet spectrumu Atmosphericcharacteriza=on
u Albedo, etc

高分散分光

Stellar & Terrulic spectrum

Doppler shiaed planet spectrum

H.Kawahara, N. Murakami, T.Matsuo, T. Kotani 2014, ApJS,212,27

Wavelength

予算状況
• 獲得済
– ABCプロジェクト経費：Woofer WFS実機設計– TMT戦略経費：SPLINE(コロナグラフ)実機設計+Tweeter FPGA制御試験機開発• 応募中– 基盤S(代表長田): 5年(開発3年観測2年)1.66億

SEICA: 全体進捗: 前回• ExAO: Woofer AOの開発進行– 実験環境再整備: 岡山上空(フリード長10cm, 風速10m/s)– AO実験: 制御実験(@633nm)– 実機設計: 設計中 (ABCプロジェクト経費) 近赤外ではSR〜0.1程度– Tweeter制御装置：設計開始(TMT戦略経費)• コロナグラフ: SPLINE– プリズム/サバール板
確保・原理実証済, 環境試験中– 実機製作開始：設計中 (TMT戦略経費)• ポストプロセス: スペックルナリング方式– 原理実証試験準備開始: 物品確保完了, 実証試験中• 温度管理範囲– コロナグラフで温度測定、管理の試験

3/24

ExAOパート(極限補償光学系)

位相計測: Tweeter
高速、高精度波面制御

傾斜計測: T/T＋Woofer
低速、粗い波面制御
Tip/Tilt部 視野内で星像を安定させる
T/T
望遠鏡
より→

CPU1

Woofer部 λ/4程度まで波面補償する

Tweeter部 λ/20程度まで波面補償する

Woofer DM
88 actuators

Tweeter
TweeterDM
DM
952492actuators
actuators

BS1
DM1

BS2
DM2

λ:0.4-0.5µm

λ:0.5-0.7µm

T/T sensor

Frame rate: 100Hz
Limi=ng magnitude: 16mag

CPU2FPGASHWFS

Frame rate: 1kHzLimi=ng magnitude: 12mag

BS3DM3コロナグラフ・

λ:0.7-0.9µm

分光装置へ

PDI
位相センサ
SensorFrame rate: 6kHz
Limi=ng magnitude: 7mag

目標

高精度 (λ/20; rms)
高頻度 (5-10 kHz)高空間周波数 (1辺24素子)←コロナグラフにおいて何処までの精度が必要か再検討中

0”.2—0”.3で105—6

2.実験系概要
大気位相板

WFS
補償作動前

補償作動時

試験用点光源

モニタ用カメラ
リファレンス用点光源DM
大阪電通大藤田さんスライド2.実験系概要
波面が乱れた観測光
鏡面の変形

φ ref +制御器

ＤＭ

M

φM-1－M-1⎡ M inv −11⎡ d1 ⎤ ⎢⎢ : ⎥ = ⎢ M inv − 21⎢ ⎥ ⎢ :⎢⎣ d n ⎥⎦ ⎢⎣⎢ M inv − n ,1⎡ x1 ⎤M inv −12 ⋅⋅⋅ M inv −1,2 m ⎤ ⎢ : ⎥⎥⎢ ⎥M inv − 22 ⋅⋅⋅ M inv − 2,2 m ⎥ ⎢ xm ⎥⎥ ⎢ y1 ⎥::⎥⎢ ⎥M inv − n ,2 ⋅⋅⋅ M inv − n ,2 m ⎥⎦ ⎢ : ⎥⎢ ⎥⎣⎢ ym ⎦⎥

疑似逆行列

波面乱れ計測WFS(xG-i, yG-i )M⎡ x1 ⎤⎢ : ⎥ M M ⋅⋅⋅ M
1n ⎤⎢ ⎥ ⎡ 11 12⎡d ⎤⎢⎢ xm ⎥ M 21 M 22 ⋅⋅⋅ M 2 n ⎥ ⎢ 1 ⎥⎥ :⎢ ⎥=⎢: ⎥⎢ ⎥⎢ y1 ⎥ ⎢ : :⎥ ⎢⎣ d n ⎥⎦⎢ : ⎥ ⎢⎢ M M⋅⋅⋅M⎥mn ⎦⎢ ⎥ ⎣ m1 m 2⎣⎢ ym ⎦⎥非正則な写像
大阪電通大藤田さんスライド

4.現在の状況と問題点 現環境での実験結果

4.現在の状況と問題点

昨年度

現在外周側の素子が見るからに改善している様子がわかる．
大阪電通大藤田さんスライド

5.結言

問題点

大気位相板なし→歪んでいない位相が中心に入っているはず→0.0[Pixel]にすべて集まるはずだが集まらない→実験環境内の気流や塵に依る乱れ
高次の収差がある可能性．
補償のかかりが悪く
大気位相板あり右側より左側の補償のかかりが悪い→光が中心に入っていない

大阪電通大藤田さんスライド）：
近年、SEICA光学図

望遠鏡→前置光学系からの入射光線

ョン技術

400800ry）が話題

ップラー偏

5枚の軸外し放物面鏡(OAP)

し、PRV 法る手法であ恒温部分(中心20℃,化炭素や水0.1℃:p-v)

1100

ドップラー
ExAO

（Brogi et
カメラ部はal.
2014,
別途ナグラフと界に先駆け

コロナグラフ
赤外カメラ

SEICA光学系設計• 設計中– 1.2x1.2m• Tweeter+SPLINE

Tip/Tilt
図面省略
WooferWFS設計中

WooferTweeter
SPLINESEICA光学系設計• Tweeter+SPLINE

図面省略

SEICA: 全体進捗: 今回• ExAO: Woofer AOの開発進行– 実験環境再整備: 岡山上空(フリード長10cm, 風速10m/s)– AO実験: 制御実験(@633nm)– 実機設計: 設計中 (ABCプロジェクト経費) 近赤外ではSR〜0.1程度– Tweeter制御装置：設計開始(TMT戦略経費)• コロナグラフ: SPLINE– プリズム/サバール板
確保・原理実証済, 環境試験中– 実機製作開始：設計中 (TMT戦略経費)• ポストプロセス: スペックルナリング方式– 原理実証試験準備開始: 物品確保完了, 実証試験中• 温度管理範囲– コロナグラフで温度測定、管理の試験