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赤外スペースアストロメトリ
（JASMINE）計画について
ーJapanese Astrometry Satellite Mission for Infrared Exploration－
郷田直輝（国立天文台）
＋JASMINEチーム
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JASMINE計画の要旨
手段：近赤外線（1μmか2μm付近)によるアストロメトリ
（位置天文）観測を衛星を用いて行う。
観測対象：銀河系内、特に銀河面、バルジなどの天体を
サーベイ（ハロー方向も部分的に行う）
精度：星の位置、年周視差、1年当たりの固有運動を
数億個の星に対し、約10万分の１秒角以上の高精度
で測定
サイエンス：可視光だけでは伺い知れない銀河系構造
（特に、バルジ、遠くの銀河面）、
恒星物理、星の形成と進化、距離指標など
系外銀河観測による宇宙論への直接的リンク
惑星系探査などのサイエンス
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§1.銀河系を知ることが何故重要なのか？
I.銀河系形成史の解明（近傍宇宙論）
銀河全般の形成・進化の解明
＊遠方銀河の直接的観測(遠方宇宙論）との
両輪
II.自己重力多体系の力学構造
＊太陽系をはるかに超えるサイズの自己重力多体
系の力学構造がはじめて明らかになる
長距離力系での新しい統計力学の確立
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銀河系の解明のためには、
Photometry（測光）, Spectroscopy（分光）による
明るさ、色、元素量、視線速度の情報に加えて
天体のKinematics, Distanceの情報が重要
高精度なAstrometric eyeが必要
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アストロメトリ（位置天文）とは
星の（天球上の２次元的）位置
距離
年周視差
固有運動（天球上の横断角速度）
（＋視線速度）
星の６次元位相空間の情報
天文学の基本情報
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★星の６次元位相空間
★星までの距離
力学構造
星団
銀河系
恒星物理
遠方宇宙の距離
星形成
超新星
遠くの銀河を知るための基礎ともなっている
★星の運動
星の明るさ
エネルギー
連星系、惑星系
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★§２．観測の現状
ヒッパルコス衛星(1989~1993: ESA)
V<12mag
年周視差の誤差～１ミリ秒角（１mas）
10% distance error at 100pc
固有運動の誤差 ～1mas/yr
velocity error at 1kpc ~5km/s
“天文学の革命”
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今までどの程度まで分かっているか？
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★今後の高精度アストロメトリ観測計画の必要性
ヒッパルコス
“小さな革命”
大革命が必要
~10万分の１秒角（10μas）の精度
10% distance error at 10kpc!!
velocity error at 20kpc ~1km/s !!
Breakthrough in many fields of astronomy 9
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§3.JASMINE計画について
(I)概要
★位置天文精度：約10万分の1秒角
天文学の大革命！
★近赤外線(1μm～2μm)
可視光より遙かに多くのバルジ、銀河面
の星を観測可能(可視光に比べてダストによる吸収
の影響が少ない）
バルジ、銀河面は、銀河形成史の“化石”
★世界で唯一。日本独自の計画。
★打ち上げは、約１０年先を目標
cf:欧米は可視光の計画：
DIVA,GAIA(ESA),SIM(NASA)
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★他の計画の中での位置づけ
将来の高精度スペースアストロメトリ計画（欧米）
計画
機関
装置 打ち上 星の観測 限界等級
精度
げ予定 数 （個）
Hipparcos
ESA
DIVA
Germany
FAME
USNO&
望遠鏡
120000
12
1mas@V=10
望遠鏡 ～ 2006
3500 万
15
250 μ as ＠ V=10
望遠鏡
4000 万
15
50 μ as@V=9
1989
???
NASA
SIM
GAIA
NASA
干渉計 ～ 2009
１万
20
4 μ as@V=20
ESA
望遠鏡 ～ 2012
１０億
20
10 μ as@V=15
Remark: すべて可視光での観測
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2002
2004
2006
DIVA
可視光スペース
2015
?
FAME
SIM
特定天体：
赤外線スペース：
2012
GAIA
サーベイ：
地上電波：
2009
VERA
?
JASMINE
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（ＩＩ）サイエンスの目標
○銀河系形成・進化の“化石”を探る
○バルジ、ディスク
銀河の形態
○太陽系をはるかに超える、大規模な自己重力
多体系の物理法則の解明
・Galactic bulge: morphology, kinematics,…
-------> formation history of the bulge
・Galactic disk: dynamics of spiral arms,
nature of stellar warp, …
・星形成領域のおける星自体の距離と運動
・ディスク星によるマイクロレンズ効果
・Local group of galaxies
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（ＩＩＩ）達成精度とサーベイ面積
K-band(2.2μm) の場合
年周視差の精度
  10 as @ K  12 mag
サーベイ面積：
K=10mag以下
K=13mag
360   7
σ＝4μas
σ＝16μas(銀河中心の星の
距離精度が、13%)
K=14mag
σ＝26μas (銀河中心の星の
距離精度が、20%)
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（ＩＶ）JASMINE での観測方法と仕様概要
位置天文観測の精度
N:星の光子数
 ~/D N
大きな Nが必要
大きな視野
大口径の鏡
多くの検出器を並べる
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（Ｖ）望遠境の仕様（K-bandとz-bandの両方を平行して検討）
★K-bandの場合
望遠鏡仕様：リッチークレチアンをベース
○鏡のサイズ：D=2mの円形（中心に直径0.7mの穴)
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------->面積 A  2.76m
○焦点距離：
f  65.4m
○視野直径：  s  0.51
Astrometry用の有効な視野面積
  1.29  10 1
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光学系（矢野氏作成）
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（ＶI）検出器
K-band(2.2μm)とz-band（～0.9μm)の両方を
平行して検討中
★検出器の開発
(I)K-bandで感度がよく、CCD機能を備えて、TDI
モードが可能な検出器の開発が必要
裏面照射型薄化CCD＋HgCdTe
インジウムバンプ
＊科研費基盤研究A(2)（小林行泰代表）で開発中
(II)z-band(0.9μm)で感度のピークがあるCCDも検出器の候
補として、平行して検討中（宮崎氏による開発）。
○TDIの問題、経費の問題は少ない
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（ＶＩＩ）サーベイ方法
○連続的にスキャン
○銀河面付近を主に観測
○太陽方向を見ないようにする
（春と秋は、銀河面方向。
夏と冬は、銀河面にほぼ直交する面方向を
観測）
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★衛星の運動
○1つのtargetに対する1つの検出器の積分時間：約9.5秒
衛星のスピンレート：24.7秒角/秒
衛星のスピン回転の周期：約15時間
参考：
検出器１画素のangular size: 57.3ミリ秒角(mas)
検出器のangular size: 235秒角
○歳差運動の周期：約83日
（矢野氏作図）
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★大角度離れたfieldの同時測定
○絶対的な年周視差を得るため
○衛星回転則のずれを観測データを用いて自己完結的に測定
大角度離れたfiledを同時に観測する方法が得策
JASMINEも同じ鏡を２枚用いて、同時に大角度（約９０度）離れた領域
の星を測定する。
＊２枚の鏡に対して、
焦点面は共有する
解析により、どちらの
鏡から来たか分離可能
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(VIII)衛星の軌道
Sun-EarthのL2-pointに投入予定
理由：
(i)太陽、地球がほぼ同じ方向にあり、観測できる領域を
拡げられること。
(ii)熱的環境の変化が安定していること
(iii)衛星の軌道制御が比較的容易であること
(iv)放射冷却により冷却できる
○実質の観測年数： Tmis  5 yr
○1つのtargetを1年当たりにサーベイする回数： 約30回
（連続する4回は、短時間以内）
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§７ 精度の評価方法
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★CCDを用いた星像中心決定の実験開始
（ILOM（月面天測望遠鏡）チームと共同）
★１回の検出当たりで必要な精度：
1pixelの数百分の１で星像中心を求める必要がある。
（10μas
1/250, 4μas
1/600 )
＊実験装置の概要
白 色 光
CCD カメラ
レンズ
光ファイバ
光学ベン チ（ Σ-01-(2)）
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＊星像中心を求める解析方法（重心方法を独自に改良したもの）は、
矢野氏によって開発済み
1pixelの1/250～1/300まで達成！
（実験では理想的には1/300～1/350）
より現実的仕様での実験かつ精度アップを目指している。
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★§8.データ解析方法
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★JASMINE Simulatorの開発を開始
JASMINE計画：
○従来の位置天文観測より高精度であり、高度な技術と精
密なシステム設計が要求される。
○観測する星の数もけた違いに大きく、データ解析方法の
工夫も必要である。
○システム全体の検討には様々な部分の仕様設計が複雑
に絡んでいる。
システムの全体設計やデータの誤差評価等のために、衛
星仕様、光学系仕様、検出器仕様、データ伝送仕様、
データ解析手法仕様、銀河系の模擬カタログ等を統合し
たシミュレーターの開発が必要である
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＊オブジェクト指向技術、UML(Unified Modeling Language)
によるプログラムデザインを計画（山田（京大））
○オブジェクト指向技術やUMLといったソフトウエア工学
の技術を取り入れて、効率良く、かつ再利用性や拡張性
に優れたシミュレーターを開発する。
○先ずはプレリミナリーだが、JASMINEの全体的なシステ
ムを構築していく。
○さらに、今後衛星計画を考えている全てのプロジェクトで、
システム開発の共通的な要素に関しては、必要最小限の
修正だけで利用可能な、シミュレーションソフトウエアが構
築できることも期待される。
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ユースケース図の例
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§9. その他の検討課題
（１）衛星のシステム設計
(i)機器の設計、材質の検討
(ii)光学系、機器の熱構造解析
安定性が重要！
（例）望遠鏡部の安定性要求精度
ずれ
回転変動
自由
30mas
主鏡
基準
30mas
副鏡
0.7μm
150mas
20μm
自由
Compaund Mirror
凹レンズ
平面鏡
0.3mm
150mas
Compaund Mirrorの相対角の変化 ～10μas
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（１）衛星のシステム設計つづき
(iii)衛星の姿勢制御系の検討
(iv)太陽電池、電力系
(v)通信レートの評価と通信方法
(vi)重量評価と軽量化の検討
（大口径の超軽量鏡の開発が重要）
（２）星の視線速度サーベイ
○3次元の速度ベクトルを得るためには、近赤外線による
地上観測によるフォローアップが是非必要
○数km/sの精度でできるだけ多数の星を観測
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◎2003年6月頃にJASMINEに関する詳細なレポート
（first proposal)を提出予定
★2003年3月6日（木）、7日（金）＠国立天文台
（Ｉ）アストロメトリ衛星WGの会合（参加自由）
（ＩＩ）サイエンスワークショップ（参加自由）
ご参加をよろしく御願いします。
JASMINEのホームページアドレス
http://www.jasmine-galaxy.org/
詳細は、ポスター発表（P1-42,矢野その他）も
ご参照ください。
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Jasmine
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