今後のスペース アストロメトリ計画 (月面を含む)

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1 今後のスペース アストロメトリ計画 (月面を含む)
山田良透 京都大学大学院理学研究科

2 全般 位置天文の精度とデータ解析 ミッション紹介

3 F. Mignard, Michelson Summer School, Caltech Jul 2005
JASMINE, GAIA,OBSS F. Mignard, Michelson Summer School, Caltech Jul 2005

4 スペース・月面アストロメトリ計画 10 μas級 100 μas級 1 mas級 現在 SIM GAIA OBSS 銀河の物理
VERA(地上) 銀河の物理 系外惑星系の物理 JASMINE FAME 日本 100 μas級 米国 近傍変光星 パスファインダー 欧州 DIVA 月の物理学 HIPPARCOS 失われた10年 MAPS 1 mas級 ILOM Nano-JASMINE 1990 2000 現在 2010 2015 2020

5 各計画の位置づけ VERA ⇒ 基本定数(R0, Θ0, ・・・) HIPPARCOSが明らかにした領域 GAIA, OBSS
JASMINE ILOM 1μ秒への橋渡し

6 全般 位置天文の精度とデータ解析 ミッション紹介

7 アストロメトリの精度 精度=σ, 口径=D, 波長=λ, ミッション期間=t, ミッション領域=Ω, 視野面積=ΩFOV , 効率=ε
σ2=(回折限界)2 / (光子数) 星像中心のみを観測 σ∝λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2ε1/2) 大きな口径 長いミッション期間 広い視野 高い効率 狭いミッション領域 この他に、さまざまなシステムノイズを 除去する必要あり

8 精度向上の秘密 σ∝λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2ε1/2)
口径を大きく GAIA JASMINE OBSS SIM 基線長を大きく ミッション領域を限定 ～0.6 並列 Nano-JASMINE MAPS ε～0.008 シーケンシャル HIPPARCOS 汎用 望遠鏡 スキャン 衛星 干渉計

9 データ解析手法とシステム誤差 運動則による星の位置 = 観測値を補正した星の位置
x0 + μ t + π sin t = (1+δ)ξ + a0 プレートの目盛ξ、プレートパラメータδ、a0 位置天文パラメータx0、μ、π 数千万個の星、数百万のプレート、数百億の観測 年周期および時間に対して線形のδ、a0の変動は解けない⇒バイアス

10 { ビーム混合鏡と大円解析 衛星の回転は地球回転に比べ不安定 大円上の大角度離れた二視野の同時観測 視野連結による視野位置=衛星姿勢推定
視野連結の誤差蓄積を抑制 回転擾乱を分離 大角度相対角の高精度測定⇒絶対アストロメトリ 360°の利用 { 共通する星は不動 ★ ★ ★ ★ ★ ★ Basic angleは不動 ψ1,θ1,φ1,γ ψ2,θ2,φ2,γ

11 新しいカタログの出版 Hipparcos, the new reduction of the raw data , van Leeuwen, F.(Dordrecht: Springer, 2007) 星が静止 星像中心の解析 大円に沿った座標導出 姿勢再構築 星が静止 姿勢再構築 Rights and wrongs fo the Hipparcos data – A critical quality assessment of the Hipparcos catalogue, van Leeuwen, F. A&A (2005) A new reduction of the raw Hipparcos data, van Leeuwen, F. and Fantino, E., A&A (2005) Varidation of the new Hipparcos reduction, van Leeuwen, F. A&A (2007) 大円を結合し位置天文パラメータ導出

12

13 擾乱管理 抑える 測定する:高精度・高安定な物差し 解く 太陽方位角を変えない、高安定素材
絶対変わらないものを物差しにする(1周=360°) QSO⇒「動かない」という事実は使える 解く 縮退しない擾乱については解ける 地球(月)回転モデル 詳細な衛星モデル(HIPPARCOS再解析) 詳細なプレートモデル(HST)

14 汎用望遠鏡による位置天文 手法 実績 計画 視野内の星が多ければ、ビーム混合鏡に頼らなくても 精度よくパノラマ写真が合成できる 地上
過去のプレートをCCDに読み込んでデジタル処理⇒100年 スパンの固有運動計測(IAU commission 8でもWG) HUBBLE⇒クラスター周辺 計画 JASMINE⇒バルジ MAPS ★ ★ ★ ★ ★ ★ ψ1,θ1,φ1,γ ψ2,θ2,φ2,γ

15 高密度領域は部分観測を可能にするか？ 高星密度(バルジなど)⇒高精度で視野結合 ⇒Ωを小さくできる
高星密度(バルジなど)⇒高精度で視野結合 ⇒Ωを小さくできる 時間的に不変な基準：Calibrationが困難 HIPPARCOSは一周360度の事実を利用 不動点(QSO)の利用 大角度離れた相対距離が測定されない 不動点を使わず絶対アストロメトリを行うには、数 倍から1桁高精度の観測が必要 太陽方位角一定の観測ができない HIPPARCOS・GAIAのscan 則は太陽方位角一定

16 全般 位置天文の精度とデータ解析 ミッション紹介

17 GAIA —スキャン型衛星— Sun-Earth L2点 2011年12月 launch ESA V<20 15～20μas@V=15
2030kg、ソユーズ ESA 2006/3/20 Phase B2/C/D移行 V<20 全天サーベイ

18 制御系 熱 通信 FEEP(イオンエンジン) による姿勢制御 一体型総SiCの光学 ベンチ 太陽方位角一定scan
Phased array anthenna

19 位置天文 スペクトル 中帯域測光 1.4×0.5m主鏡×2 M4ビーム混合鏡、 99.5° 10億星
50万のQSO(V<20) reference frame スペクトル nm 中帯域測光 nm

20 OBSS-3視野同時観測- ad.usno.navy.mil/OBSS/presentations/OBSS_wide_field_surveys_f.ppt

21 技術実証衛星Nano-JASMINE 15:25～菅沼さん 構造系 内部構造・機器配置

22 Space interferometry mission 干渉計—SIM Planet quest—
σ∝λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2) 地球追跡軌道 SST⇒デルタロケット 干渉計、9m基線長 無期延期 Systematic error < 0.1μas 約1万星(V<20) 1000個のGrid Starをもとに 0.3m主鏡 5年半～10年

23 位置天文専用望遠鏡— PZT — ILOM: Insitu lunar orientation measurements
15:40～ 花田さん 月の回転パラメータを1mas精度で測定 写真天頂筒 水銀を鏡に使い水平面を得る PZT (Photographic Zenith Tube) for ILOM An artist’s impression of ILOM SPIE 2006 T. Yano

24 Japan Astrometric Mission for infrared exploration JASMINE—汎用望遠鏡—
σ∝λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2) ミッション領域を制限して、高精度を実現 プレート張り合わせ法(=stareモード) バルジの σ/π<0.1の星の数100万個(GAIAは 400個) 15:05～矢野さん

25 MAPS

26 まとめ σ∝λ Ω1/2 / (D2 t1/2 ΩFOV1/2ε1/2) 今後の高精度アストロメトリ これからやるべきこと
10μ秒角⇒われわれの銀河に手が届く スペース計画に期待(日・米・欧) これからやるべきこと 10μ秒角のもたらすサイエンス より具体的に評価することで、プロジェクトを後押し 解析手法 まだやるべきことが残っている 部分観測⇒今後の高精度アストロメトリにつながる 衛星・月のダイナミクスのモデル化 位置天文で地球回転・大陸移動・・・