木曽観測所での太陽系小天体掩蔽観測

掩蔽観測のためのデータ解析講習会『小惑星の影を捉えろ!』の講演で使用したスライドです.

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1. 掩蔽観測のためのデータ解析講習会『小惑星の影を捉えろ！』2026.02.19−20 木曽観測所での太陽系小天体掩蔽観測 大澤 亮 自然科学研究機構国立天文台 JASMINE プロジェクト
2. もくじ 1. 東京大学木曽観測所の紹介 2. 超広視野 CMOS モザイクカメラ: トモエゴゼン 3. トモエゴゼンの時刻較正について 4. 木曽観測所での小惑星掩蔽観測活動
3. 東京大学木曽観測所 東京大学理学系研究科附属天文学教育研究センター 所在地: 長野県木曽郡 (E 137° 37′42″.2, N 35° 47′ 38″.7) 主力観測装置: 1.05 m シュミット望遠鏡 木曽町･王滝村･上松町にまたがって位置する. 長野県 木曽町 玉滝村 上松町 観測所本館 30cm 望遠鏡 夜天光観測室 望遠鏡ドーム 東京大学天文学教育研究センター
4. 木曽観測所のあゆみ ) 科 究 研 系 入 学 修 測 成 測 導 理 改 観 観 学 鏡 大 放映 ル ム完 初 大 遠 系 イ る 現 京 ー 望 始 周年 御 レ ド ン」 よ 催 催 出 東 m 開 制 現 ト c オ ト に 開 m 開 出 星 ⇉ 50 0 鏡 用 ト 現 8 リ ラ 3 . 彗 台 室 校 / 化 遠 大 ス 震 査 出 帰 2 オ ター ン運 開所 教 学 人 望 群 ダ 地 室 開 調 星 現 ップ 開 回 ) カメ 天文 開 曽 鏡 の 河 法 ト 星 星 部 測 定 彗 出 ボ 星 開 木 測ス ゴゼ 測所 遠 公 星 銀 学 ッ 流 彗 西 ･ 選 ト 星 彗 RCA 東京 D 公 観 C 公 公 「 望 D ( 観 回 大 FC ミ エ 座 マ フ cm 観 回 県 ル CC 地 式 ス 彗 ー D( 式 CC 天光 ONI 曽 一 立 ュ モ し ラ プ 動 一 野 ー 補 所 エ 武 レ 工 組 W 0 K K C 木 し 第 国 シ ト K コ ド 自 3 夜 第 長 ヘ 1 K 2 候 開 ウ 百 ハ 竣 改 C 4 4 2 3 9 2 1 4 2 4 2 4 6 0 1 3 6 6 7 8 4 7 6 2 7 8 2 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 7 7 7 9 9 9 9 9 9 8 9 8 7 8 8 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 写真乾板 1KCCD 木曽CCD 70 19 90 19 80 19 2KCCD トモエゴゼン KWFC KONIC モザイクCCD 00 20 10 20 1974 1998 2001 2014 木曽観測所開所&特別公開 第1回銀河学校の集合写真 全天カメラが捉えた しし座流星群 アンドロメダ銀河(KWFC) 1970 建設予定地の調査 1972 1976 2019 1986 ハレー彗星(写真乾板) 建設中のドームと御嶽山 ウエスト彗星(写真乾板) トモエゴゼン トモエゴゼンによる全天サーベイ
5. 1.05m シュミット望遠鏡 1 辺 = 50 分角 特徴: 望遠鏡の視野がとても広い. 焦点距離が短く空の暗さを活かした観測ができる. .1 3 F/ 補正レンズ M31 (2KCCD) ばら星雲 (2KCCD) 焦点面 主鏡 視野の端までシャープな絵がとれる 2K CCD カメラ - 木曽観測所 40 周年記念誌 (東京大学木曽観測所)
6. トモエゴゼンカメラ 常温で低ノイズの CMOS イメージセンサを採用したトモエゴゼンカメラ. 真空デュワーが不要なため構造の大幅な簡略化と軽量化を実現. 84 枚のイメージセンサを同時駆動して ~20◻° の視野を達成. 2K×1K CMOS image sensor by Canon 満月の大きさ トモエゴゼンカメラ - 東京大学木曽観測所; Sako et al. 2018, SPIE, 107020J
7. トモエゴゼンと掩蔽 実は掩蔽観測装置だった (?) ‣ TAOS-II のような掩蔽サーベイ計画 ‣ km-class の TNO のサイズ分布を解明 ‣ センサの制約から計画を変更 Tomo-eGozenが開拓するTNOのサイズ頻度分布 KAKEN 研究課題 (基盤研究 (A) 26247074, 基盤研究 (B) 18H01272)
8. トモエゴゼンカメラ諸元 装置スペックまとめ センササイズ 2160 ×1200 pix chip-1 視野総面積 39′.7× 22′.4 × 84 chips ピクセルサイズ 19 μm, 1″.189 pix-1 観測波長帯 350−700 nm (peak at 500nm) 測光フィルタ optical broadband (~ Gaia G-band) フレームレート 2fps (max, continuous, full frame) 読み出しノイズ ~ 1.9 e- at 2fps 暗電流 ~ 0.1e-sec-1pix-1 at 277 K ピクセル容量 ~ 6,400 e - 5σ 検出限界 ~ 16.5 mag. in 0.5 sec exposure Sako et al. 2018, SPIE, 107020J / トモエゴゼンカメラによって観測された 2020-12-05 の夜空 (Tomo-e Gozen Sky Atlas)
9. トモエゴゼンカメラ諸元 84 枚のセンサを同期させて動画を撮影 ~ 9degree ローリングシャッタ方式で読み出し 東京大学木曽観測所｢トモエゴゼンの観測運用の開始｣ / Urakawa et al. 2019, AJ, 157, 155
10. 動画レガシーサーベイ 始動 2025~ “Tomo-e Video Monitoring Survey” ｢トモエ動画モニタサーベイ｣ 開始 数十分同じ視野の動画をとり、レガシーデータとして残す 2025 年 4 月 2 日 20 deg², 1 fps, 1800 frames 2025 年 4 月 2 日 20 deg², 1 fps, 1800 frames 2025 年 4 月 1 日 20 deg², 1 fps, 1800 frames ‣ 毎晩 1 fps × 30 min × 2 pointings (全天サーベイモードの場合) ‣ 需要にあわせた多様なサーベイデザイン 2025 年 4 月 1 日 20 deg², 1 fps, 1800 frames 全天サーベイモード: 録画する天域は毎晩変更 (一度見たところは見ない) 他波長観測モード: 他の天文台などとの同時観測 地球影モード: 人工天体のノイズ軽減のため、地球影や月影を観測 木曽シュミットシンポジウム 2025 直川史寛さんのスライドを改変
11. トモエゴゼンによる高速観測 この方向に縮めるほうが効果的 2 fps 観測のデータレート: ~ 0.8 Gbps (3-4 TB/night) 観測する視野を制限することで高速観測が可能 (データレートは不変) 東京大学木曽観測所 ― トモエゴゼン観測者用 Wiki より
12. トモエゴゼンデータ取得系 ドーム GPS アンテナ 望遠鏡エレキラック カメラユニット 望遠鏡サーバルーム 光ファイバでドーム1階へ⇨ 光ファイバで本館へ⇨ データ取得システム デジタル入出力ボード + PCIe 延長デバイス GPS 受信機 u-boxEVK-M8N ZZ0-046A ‣ 1344 チャンネル 16 bit ADC (400k sample/s) ‣ センサ駆動クロックを 10 MHz で送信 ‣ センサ 1 枚あたり 9.9 Mbps のデータを適切に処理 ‣ 各センサからのデータを 10 MHz で受信 ‣ すべてのセンサを同じクロックで駆動して完全同期 ‣ エレキラック ↔ カメラ間は LVDS で通信 ‣ 取得したフレームの露光開始時刻を取得 ‣ 絶対時刻精度 ± 0.2 msec Sako et al. 2018, SPIE, 107020J (Figure 4 を編集)
13. トモエゴゼンのセンサ駆動 センサの駆動･データの読み出しをピクセル単位で制御 (≪ 1 ms) (1, 1) ピクセルの読み出し開始時刻に GPS 受信機にトリガを送信･記録 感光ピクセル / 非感光ピクセル (1,1)-ピクセル 駆動クロックで読み出し行を送る (4行ずつ,1.659msat2fps) N E Ohsawa et al. 2016, SPIE, 991339 / Sako et al. 2018, SPIE, 107020J
14. トモエゴゼン時刻取得システム 小島, 2019, 修士論文 ｢木曽超広視野高速 CMOS カメラの性能評価及び高速移動する地球接近天体の広視野探査｣ (図 3.8)
15. フレームレート安定性の検証 露光開始時と終了時の GPS 時間を比較 露光時間に対して十分な安定している σ(ΔT) ~ 0.6 ms ΔT のばらつきはおよそ 0.6 ms ほど σ(ΔT)の大きさは動画時間に依存しない(7−180sec). ~0.6msは水晶発振器の安定性(10⁻⁶)よりも大きい ΔT 実はσ(ΔT)の起源についてはまだ特定されていない..... 小島, 2019, 修士論文 ｢木曽超広視野高速 CMOS カメラの性能評価及び高速移動する地球接近天体の広視野探査｣ (図 3.9, 3.10)
16. 絶対時刻較正精度の検証 ローリングシャッタ行送り方向 別の GPS 受信機から 1PPS 信号で LED を照射 センサの受光パターンから絶対時刻を検証 時刻のズレを Δt = 0.35 ± 0.20 ms と評価 小島, 2019, 修士論文 ｢木曽超広視野高速 CMOS カメラの性能評価及び高速移動する地球接近天体の広視野探査｣ (図 3.11, 3.17)
17. トモエゴゼンによる小天体掩蔽観測 日付 天体名 天体種別 2018-03-23 2018-04-10 2019-06-28 2019-10-09 2019-11-07 2020-04-06 2020-10-15 2020-11-14 2020-12-27 2021-01-19 2021-03-23 2022-02-06 2022-09-05 2023-08-29 2023-09-30 2023-10-24 2023-10-30 2023-11-09 2023-11-25 2023-12-20 2023-12-28 2024-01-10 2024-02-16 2024-05-10 2024-09-11 2024-10-17 2025-09-22 2025-10-16 2025-11-24 2025-12-25 424 Gratia (A896 YD) 372 Palma (A893 QB) 50000 Quaoar (2002 LM60) 202421 (2005 UQ513) 55637 Uni (2002 UX25) 3317 Paris (1984 KF)) 54598 Bienor (2000 QC243) 54598 Bienor (2000 QC243) 20000 Varuna (2000 WR106) 60558 Echeclus (2000 EC98) 468861 (2013 LU28) 468861 (2013 LU28) 3548 Eurybates (1973 SO) 704 Interamnia (A910 TC) 144897 (2004 UX10) 693861 (2015 MQ204) 624 Hektor (A907 CF) 78799 Xewioso (2002 XW93) 155140 (2005 UD) 24835 (1995 SM55) 12P/Pons-Brooks 612533 (2002 XV93) 252 Clementina (A885 TB) 55565 Aya (2002 AW197) 174567 Varda (2003 MW12) 95626 (2002 GZ32) 307261 Mani (2002 MS4) 523727 (2014 NW65) 84922 (2003 VS2) 78799 Xewioso (2002 XW93) Main-belt Asteroid Main-belt Asteroid Trans-Neptunian Object Trans-Neptunian Object Trans-Neptunian Object Jupiter Trojan Centaur Centaur Trans-Neptunian Object Centaur Trans-Neptunian Object Trans-Neptunian Object Jupiter Trojan Main-belt Asteroid Trans-Neptunian Object Trans-Neptunian Object Jupiter Trojan Trans-Neptunian Object Apollo Trans-Neptunian Object Halley-type Comet Trans-Neptunian Object Main-belt Asteroid Trans-Neptunian Object Trans-Neptunian Object Centaur Trans-Neptunian Object Centaur Trans-Neptunian Object Trans-Neptunian Object ‣ 定期的に予報を見て観測にチャレンジ ‣ 最近は戦略的に TNO を観測 (by 有松さん) ‣ 大半は天候に阻まれて観測不成立 東京大学木曽観測所 − トモエゴゼン観測ログ (観測不成立を含む)
18. (372) Palma Palma + 2UCAC 42914861 (06:58:48.74, +31:57:02.3) 12.2 mag 2018.04.10 12:36 (24.406 fps, 大澤) 初めてトモエゴゼンで検出した掩蔽現象 天候にも恵まれ明瞭な減光を検出
19. (50000) Quaoar Quaoar + Gaia DR2 4145978492632029696 (18:08:15.53 -15:17:58.1) 16.0 mag 2019.06.28 12:37 (2.0 fps, 大澤･有松･ほか) 太陽系外縁天体の掩蔽の観測に成功 16 mag の掩蔽を検出できることを実証 影が日本の真上を通る 好条件での観測となった Quaoar の大気圧に厳しい 制限をつけることに成功 東京大学木曽観測所プレスリリース / Arimatsu et al. AJ, 158, 6
20. (624) Hektor Hektor + Gaia DR3 711384267985353472 (08:33:21.89, +34:17:22.5 ) 15.0 mag 2023.10.30 18:30 (2.0 fps, 大澤･直川) 木星トロヤ群の小惑星の掩蔽を検出 恒星が 15 mag と暗いので 2.0 fps で観測 Hektor と恒星の明るさが ほぼ同じだったので 掩蔽中の光度は半分に
21. トモエゴゼンと掩蔽観測 1.05-m シュミット望遠鏡 + 超広視野 CMOS モザイクカメラ (タイムスタンプの精度は Δt = 0.3±0.2 msec) これまで 2-25 fps 程度での掩蔽観測実績 相対測光誤差(等級) 各動画データの撮像開始時刻を GPS 受信機で較正 良コンディションでの測光精度 (1fps) 2 fps なら 15.5 等, 10 fps なら 13.5 等 程度まで測定可能 恒星等級 (10σlim.) 恒星等級 (100σlim.) 1 fps 2 fps 4 fps 10 fps 25 fps 40 fps 16.1 等級 15.5 等級 14.7 等級 13.7 等級 12.7 等級* 12.2 等級* 13.6 等級 12.9 等級 12.1 等級 11.1 等級 10.1 等級* 9.6 等級* *読み出しノイズリミットなのでもっと浅くなる可能性大 0.2 0.1 0.0 8 10 12 14 V-band等級 16 18 並コンディションでの測光精度(1fps) 相対測光誤差(等級) フレームレート 0.3 0.3 0.2 0.1 0.0 8 10 12 14 V-band等級 16 18 Richmond et al. 2019, PASJ, 72, 3
22. 東京大学木曽観測所と掩蔽観測 木曽観測所ウェブページ トモエゴゼンによる掩蔽観測 ⇨ マンパワーリミット...... 木曽観測所は共同利用は提供していませんがオープンな機関です. 過去のシンポジウム Tomo-e Gozen サイエンスグループに参加することで...... ‣ 東京大学木曽観測所との共同研究になります ‣ トモエゴゼンの (未公開) データとドキュメントにアクセスできます ‣ トモエゴゼンによる観測を提案することが出来ます (木曽観測所メンバによるレビュー) ‣ トモエゴゼンによるリモート観測ができます (要訓練) 興味のある方はぜひ木曽シュミットシンポジウムへ! 2026 年の木曽シュミットシンポジウムは 6/2−3 木曽郡民会館大ホールで開催予定です 東京大学木曽観測所 木曽シュミットシンポジウム 2025, 酒向重行さんのスライドより抜粋