本原顕太郎＠東京大学天文学教育研究センター

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1 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

2 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）

3 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

4 Hybrid Array Detector

5 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)

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

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10 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

11 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

12 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 WISH estimate (Yamada et al. 2008)

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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 mu +2nd order +3rd order

18 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 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)

19 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 運用期間が問題 あかりで1.5yr SPICAは>5yrを目標としている

20 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)

21 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)

22 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）

23 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