本原顕太郎＠東京大学天文学教育研究センター GUNDAMのための近赤外線観測技術 本原顕太郎＠東京大学天文学教育研究センター

近赤外線(<2.5mm)による観測 技術的に難しいものではない いくつか気をつけないといけないポイント 「枯れた」技術：検出器、光学系 実績も多い：HST/NICMOS+WFC3, JWST いくつか気をつけないといけないポイント Thermal Background 衛星ならではの問題など（あまり知りませんが）

検出器 Photo-voltaic Detector III-V族orII-VI族 Large Format Array HgCdTe : Tunable Cutoff Wavelength InSb : 5mm cutoff Large Format Array HgCdTe HAWAII2-RG (Teledyne) VIRGO (Raytheon) のみ http://www.h4.dion.ne.jp/~saomix/p_table.png

Hybrid Array Detector http://www.ee.ucla.edu/~leosla/documents/James_Beletic_IEEE_Photonics.pdf http://www.ee.ucla.edu/~leosla/documents/James_Beletic_IEEE_Photonics.pdf

HAWAII2-RG Teledyne社製 5.3mm, 2.5mm, 1.75mm cutoffから選択可能 2k x 2k format (4k x 4kも開発中)

http://www.ee.ucla.edu/~leosla/documents/James_Beletic_IEEE_Photonics.pdf

SIDECAR ASIC H2RG読み出し用Integrated Circuit A/D変換までを行う 低消費電力

VIRGO Raytheon社製 HgCdTe 2k x 2k ASIC読出しシステムはない それ以外の基本性能はほぼ同じ http://www.raytheon.com/capabilities/rtnwcm/groups/ncs/documents/content/rtn_ncs_products_astronomy_vir.pdf

光学系 解像度はdiffraction limitで決まる。 光学系 𝜃~ 𝜆 𝐷 口径1m ⇔ 0.4arcsec @ 2mm Larger is better 光学系 Ritchey-Chretienが主流 双曲面主鏡、副鏡 Coma Free 像面湾曲は残るのでField Flattner を入れないといけない 3枚非球面光学系 WISH光学系 焦点面がドーナツ 像面湾曲なし 広視野

限界感度 ノイズ=背景光のPoisson Noise 黄道光 Dark Current Scattered light Thermal emission Dark Current Thermal emission from the telescope Out-of-band leak of filters 宇物の矢部くんが色々と 計算をしているはず Leinert+98 http://astro.u-gakugei.ac.jp/~nishiura/GOPIRAsymp2008/proc/38-gopirasymp2008-yamada-wish.pdf WISH estimate (Yamada et al. 2008)

冷却 基本的にはThermal Backgroundを減らすため 望遠鏡本体（鏡面を含む） Greybody 近似 𝐵 ′ =𝐵 𝑇, 𝜆 × 1−𝑟 𝐵 𝑇, 𝜆 : Blackbody 𝑟 : 反射率 Thermal Background以外が 支配的になれば十分 温度Tのexpで効く

Detector Dark Current Band-gapを飛び越えるThermal electronを減らす Cutoff波長が短いほど小さい 2.5mm : <110K 1.7mm : <150K http://www.cfht.hawaii.edu/Instruments/Detectors/IR/CFHT-IR/description.html

Filters 誘電体多層膜コーティングによる干渉 バンド外でも1e-5位の透過率は残る 長波長側からのthermal emissionがリークとして残る なので、視野内に高温物質があれば遮断しきれずに background源になりうる http://www.tigold.co.jp/op/multilayer_coating/

分光：スリットレス分光 HST-WFC3にも搭載 (R~130) F150W and IR G141 with M51 image, galaxy images and Gaussians (for HII regions and stars) Simulated direct image Simulated dispersed image

分光：スリットレス分光 グリズムを用いると多数の高次光が出る WFC3-IR G141 Ground calibration; simulated single point source 1014 pixel (full size) ~130 arcsec detector defects Combined white light + direct image Target position on direct image 0th order +1st order Science 1.1 -1.7mu +2nd order +3rd order

どうやって冷やすのか？ Passive Cooling 宇宙3K放射に排熱 望遠鏡本体を80-100Kくらいまで は冷やせそう (@ES-L2;WISH検討) www.wishmission.org/files/20100310/yamada_WISH_SciMtg.pptx http://www.ir.isas.jaxa.jp/SPICA/WG/proposal2/index.html 予測温度 要求温度 主鏡 79K ~100K 副鏡 132K FPI BOX 95K ~80K FPA 91K * ~40K WISH estimate (Yamada et al. 2010)

どうやって冷やすのか？ 機械式冷凍機 スターリング冷凍機 冷凍能力は検出器部分だけを 冷やすのであれば十分だろう (SPICAで>0.3W@20K) 運用期間が問題 あかりで1.5yr SPICAは>5yrを目標としている http://www.ir.isas.jaxa.jp/SPICA/WG/proposal2/index.html

軌道 宇宙だと冷える、というものではない HST 赤外線衛星 地球周回軌道 (高度600km) いかに太陽、地球から隠して冷やすか。 Earth Trail Orbit (Spitzer) Earth-Sun L2 point (150万km, Herschel) http://www.jwst.nasa.gov/comparison.html

望遠鏡が冷えない場合：ザクHST相当 Direct ImagingだとThermal Emission が大量に入ってくる 観測波長を1.7mmまでで切る 1.7mm cut-off HgCdTe 検出器(HST-WFC3) OH夜光がないので、地上に対するゲインは非常に大きい （というか、冷却望遠鏡と性能的にはほとんど変わらない） UKIRT/IRCAMの背景放射スペクトル(McCaughrean88)

望遠鏡が冷えない場合：地上望遠鏡/HST 冷却瞳を作って余分なThermal を切る 地上望遠鏡 >2mmでの感度は地上と大きく変わらない（望遠鏡温度次第） シーイング、大気吸収がないのが利点となるが… 地上大口径望遠鏡の方がマシ （望遠鏡温度をある程度(~200Kくらい)下げない限り）

スペックをどうするのか？ 波長レンジ 視野、ピクセルスケール？ 望遠鏡の口径は？ 1.7mm cutoff? 2.5mm cutoff? 望遠鏡、検出器の温度決定 フィルター製造の問題 視野、ピクセルスケール？ 検出器の個数 望遠鏡のサイズ 望遠鏡の口径は？ 大きいと重くて高い 小さいと感度が下がって解像度も落ちる（GRBに関係ないか） JANUSは口径0.55m (0.8arcsec resolution), 1.7mm cutoff