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アメリカ、ヨーロッパ、日本の 高エネルギー天文衛星データアーカイブス 宇宙科学研究本部・宇宙科学情報解析センター （PLAINセンター） 海老沢 研 データアーカイブスとは？ 世界中の誰でも無料で利用し、それから得られた成果を 発表できる衛星データベース データは半永久的に保存される 天文衛星を上げるのは… データを取得するため データを取得するのは… それを使って研究するため 衛星データとそれを使って研究できる環境を 半永久的に管理しておくのはアタリマエのこと！ 衛星の寿命は有限だがデータアーカイブスは無限 しかし過去には衛星データアーカイブスは軽視されていた 現在では各X線天文衛星が アーカイブスセンターを持っている 1962 私の歩んできた道 1987 Chandraデータセンター（アメリカ） http://cxc.harvard.edu Data Archives and Transmission System （宇宙研） http://darts.isas.jaxa.jp 2005 1992 INTEGRALデータセンター（スイス） 2004 http://isdc.unige.ch BeppoSAXデータセンター（イタリア） http://bepposax.gsfc.nasa.gov/bepposax/ 2001 HEASARC（アメリカ） http://heasarc.gsfc.nasa.gov XMM-Newtonデータセンター（スペイン） http://xmm.vilspa.esa.es 今日の話の内容 • 1962年から2005年まで – X線天文学の歴史 – X線天文データアーカイブスの歴史 • 将来に向けて – 宇宙科学情報解析センター（PLAINセンター）の データアーカイブ DARTS(http://darts.isas.jaxa.jp) – 現状と今後の展開 • MAXIアーカイブスをどうする？ 1962年 • 大気が宇宙からのX線を吸収する – そのお陰で地球上に生命が存在している… – 大気圏外に出ないと宇宙からのX線は観測できない – 人類誕生以来1962年までX線を出す天体の存在は知ら れていなかった • 1962年6月18日 – ジャコーニら（200２年ノーベル物理学賞受賞）が放射線 検出装置を搭載したロケットを打ち上げ – 月による太陽からのX線反射の観測が目的 – 全天で一番明るいX線源Sco X-1を偶然発見 – X線天文学の誕生 1960年代 • ロケットと気球によるX線観測の時代 • すだれコリメーターの発明（小田稔） – X線源の位置が正確に決まるようになった – X線星の正体が徐々に明らかになっていった – 白色矮星、中性子星、ブラックホールに物が落ちるときの重力エネル ギーがX線に変換される • ScoX-1は中性子星 • Cyg X-1はブラックホール • 宇宙開発の進歩 – – – – 1957年、最初の人工衛星スプートニク打ち上げ 1958年、アメリカのエクスプローラ1号 各国から人工衛星が次々と打ち上げられる（おおすみ1970年） スペースからの宇宙観測の黎明期 1970年Uhuru（アメリカ）打ち上げ – すだれコリメーターを搭載して全天観測 – 339個のX線天体を発見 – 本格的なX線天文学の幕開け ほとんどが銀河系（天の川）内の中性子星かブラックホール 銀河、活動的銀河中心核、銀河団からのX線の発見 1970年代 • 多くのX線天文衛星が打ち上げられた – Copernicus, Ariel-5, ANS, SAS-3,OSO-7,OSO-8,Cos-b,HEAO1 • Uhuruが発見した天体をさらに詳細に研究 • 「はくちょう」（1979年） – 日本で最初のX線天文衛星 – すだれコリメーターによるX線バースターの観測 – 明るいX線源しか観測できなかった • Einstein Observatory（アメリカ、1979年） – – – – – X線鏡を積んだ初めての結像衛星 飛躍的に感度が向上 カタログデータ、イメージのCD-ROMを作って無料で世界中に配布 本格的なデータアーカイブスの誕生 現在でもそのデータが使える 1970年代までのX線天文学の研究手法 • 天文学と言うよりも「実験物理学」 • 検出器を作ったチームがデータを保有していた – 検出器の開発が大きなウェイト – 検出器を知らないと解析が出来ない • 「ゲストオブザーバー」は存在しない • 特殊なデータフォーマット • 未熟なコンピューターとソフトウェア – データアーカイブスは存在しえなかった 1980年代 • 「てんま」（1983年） – エネルギー分解能にすぐれた観測 – データアーカイブスは存在しない • EXOSAT（ESA,1983年） – 観測時間を広く開放（ヨーロッパに限る） • 公募制の採用 – 「ゲストオブザーバー 」の誕生 • 衛星や検出器の開発に参加せず、データ解析を行って論文を書く – すぐれたアーカイブスシステム • HEASARCの基盤 – 汎用性のあるソフトウェアの開発 • 一部は改良を重ね今でも使われている 1980年代後半 • アメリカ、ヨーロッパのX線天文学は冬の時代 • Mir-Kvant(ソ連、1987年） – ソ連以外の研究者が使うことはほとんど不可能 • 「ぎんが」（1987年） – – – – – 大面積の比例計数管 高い感度、早い時間分解能 精度の高い機器較正 日本の衛星では初めてプロポーザル制を採用 アメリカ、ヨーロッパに観測時間を開放 • 450本以上の投稿論文が出版 – 2000年以降アーカイブスが完成 • まだまだ論文が出つつある ぎんがアーカイブス • 1991年に寿命を終えた後、データが忘れ去られる危機 – 日本のX線チームは、あすか、Astro-E1に専念 – Unixの普及、大型計算機は使われなくなってきた • 2000年よりアーカイブス開発を開始 – Astro-E1失敗により時間ができた – NASA Astrophysics Data Program のグラントを得た(PI:Ebisawa) • 宇宙研からの正式なサポートはなし • 元ぎんがチームメンバーがボランティアとして開発 – メインフレーム計算機からUnixに移植 • データフォーマットをFITSに変更 • ソフトウェアの移植 – 2005年4月に完了 – 以前は宇宙研のメインフレームでしかできなかったデータ解析が世界中の誰 にでもできる – まだ論文になっていない貴重なデータがたくさんある DARTSによるぎんがアーカイブス 検索 1990年代 • ROSAT(ドイツ、1990年) – Einstein衛星よりも高感度 – 初期にはデータフォーマットの混乱 • 複数のフォーマットが並立していた – 今では優れたデータアーカイブスができている • CGRO(アメリカ、199１年） – 最初の本格的なガンマ線天文台 – 大体のデータはアーカイブス化されている • あすか（1993年） 1990年代 – Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics (ASCA) – 最初の日米共同X線ミッション – 日本の衛星にアメリカ製のミラーとCCDを搭載 – データアーカイブス、ユーザーサポートはアメリカが担当 • ASCAゲストオブザーバーファシリティー（私の就職先[1992年]） • 「非常に」使いやすい解析システム、アーカイブスの開発 • GSFCで作ったアーカイブスをDARTSにミラーしている – FITSフォーマットを採用した最初の衛星 • その後の衛星は、ほぼASCAのフォーマットを踏襲 – データの占有権をはっきりと規定 • アメリカのデータは1年、日本のデータは1年半後にアーカイブスにいれ て公開 – 1400本以上の投稿論文が出版されている • 優れた検出装置、使いやすいアーカイブス、ソフトウェアのお陰 FAQ,解析マニュアルの整備な どはGOFの大切な仕事 Guest Observerが良い科学 的成果を挙げることが GOFの評価につながる 2年ごとのシニアレビューで、衛 星の成果、GOFの成果が 評価される 評価が低いと、縮小または打ち 切り ASCA Guest Observer Facility (GOF)のウェブページ あすかアーカイブス成功の背景： FITS (Flexible Image Transportation System)の普及 • 1980年代後半より可視光の分野で使われ始めた • 異なる天文台で同じフォーマットを使い、データの入出力の標準化 を図る – 大成功。他の基礎科学分野では例を見ない？ – 天文データは標準化しやすい • 画像は二次元データ • X線イベントは、時刻、位置、エネルギーの情報だけ – データの利用に金銭的利害が絡まない • どんなコンピューターでも読み書きできる – 汎用ツールの開発が容易 • 光学天文学で始まり、他の波長にも普及 • X線天文学では1990年代に普及 – 全面的に採用したのは「あすか」が初めて – 実質的に「あすか」がX線天文用FITSフォーマットを規定した – 後のX線天文衛星（Chandra,XMM,etc）も、ほぼ同じフォーマットを踏襲 あすかアーカイブス成功の背景： HEASARCの設立（1990年） • High Energy Astrophysics Science Archive Research Center＠NASA/GSFC • 世界中の高エネルギー天文衛星データのアーカイブス センター • X線天文学データのFITSフォーマットの標準化 – イベントデータ – キャリブレーションデータ • FITSファイルにアクセスするためのライブラリの開発 – cfitsio – デファクトスタンダード • 汎用データ解析ツールの開発 – ftools, xanadu – 同じソフトウェアが複数の衛星に使える データ検索システム フリーソフトウェア 「あすか」以降の衛星のデータ公開ポリシー • 初期データは衛星、検出器チームに帰属 一定期間の後にアーカイブス化されて公開 • オープンタイムは世界に公開 年に一回Announce of Opportunities (AO)のアナウンス ゲストオブザーバーは厳しい競争を経て観測時間を得る データは一定期間（通常は一年）の後にアーカイブス化され る • • Target Of Opportunity(TOO)データは直ちに公開 衛星によっては、ほぼすべてのデータが最初から公開 Swift衛星のガンマ線バーストデータなど データの権利と公開のバランスが難しい データを占有できないと、研究者はやる気が起きない オープンにするほど、衛星の成果はあがる 1990年代後半 • XTE（1995年、アメリカ） – – – – 「ぎんが」よりも大面積の比例計数管 機動力に富む観測、オープンなポリシー 全天モニターデータはただちに公開(MAXIのモデル) TOOデータもただちに公開 • BeppoSAX(1996年、イタリア、オランダ） – 複数の検出器で広いエネルギー範囲（0.1-300keV）をカ バー – HEASARCの資産をフルに活用 – HEASARCの枠組みでデータとソフトウェアを公開 2000年代 • X線天文衛星とアーカイブスの黄金期 – Chandra(アメリカ、1999年） • 史上最高（今後10年以上？）の位置分解能（~0.6秒角）と感度 – XMM-Newton(ESA,1999年） • Chandraをはるかにしのぐ有効面積 – INTEGRAL（ESA,2002年） • 20keV以上でのイメージング • GRBの速報性は成功、しかし複雑なデータ権利…… – HETE2(アメリカ、2001年） • ガンマ線バーストミッション – Swift(アメリカ、2004年） • ガンマ線バーストミッション、データはただちに公開 – すざく（2005年） • • • • • 史上初のX線マイクロカロリメーター搭載 鉄輝線領域で過去最高のエネルギー分解能を実現（するはずだった） 冷媒のヘリウムをすべて失い観測不可能に…… ２０keV～300 keVで過去最高の感度 低エネルギー側でChandra, XMMをしのぐエネルギー分解能 将来に向けて • フリーソフトウェア – アーカイブスを使った天文研究の発展はフリーソフトのおかげ – Linux,Apache,gnu 等 – 解析ソフトは完全にフリーソフトウェアベースになりつつある • アーカイバルデータ – – – – 無料の天文衛星データベースはアタリマエの存在になりつつある データ量が膨大。世界中の研究者を合わせても解析しきれない！ 優先期間は短縮の方向に向かう（？） 研究者はデータを取得することでなく、大量のデータを使いこなす スキルが必要になってくる DARTSの現状と発展 • 2003年以前のDARTS – PLAINセンターの研究者がPerl-CGIで書いていた – 継続性、拡張性、機動性に難 • DARTS2004 – Astro-Eを念頭に、企業（SEC)と共同開発 – JAVAベース、論理的な設計、文書の整備 • DARTS2005 – JAXAの高度情報化予算を使い、汎用性、拡張性を重視して 根本的に再設計 – Astro-F,Solar-Bを念頭に – 2006年3月現在、ベータバージョンが稼動中 – 将来のDARTSはこの枠組みに乗る • Astro,Solar,STPの新たなミッションを簡単に追加できる • PLAINセンターニュース2006年3月号、松崎氏の記事より 新たなソフトウェア開発 • JAXAの衛星データを誰でも簡単に見られるよう にする • 仮称JAXA Universe Data Oriented (JUDO) – あかり、MAXI等の全天サベイデータ上をマウスを 使って簡単にナビゲート（google mapの宇宙版） • 他波長サベイデータ、カタログをスイッチ • DARTSと結びつけ、世界中の研究者の便をはかる – 同時に、一般向け、教育用、エンタテイメントソフト ウェア • マウスを天体に持っていくと説明が現れる • 宇宙旅行しているような気分になれる プロトタイプ: “fovdsp”とすざくデータの例 (研究者が必要に迫られた作ったツール) 最新のソフトウェアテクノロジーを採用し “製品レベル”にしたい