[論文レビュー] An African VLBI network of radio telescopes

M. J. Gaylard, M. F. Bietenholz+9 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2014

Satellite Communication Systems参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、アフリカ諸国に散在する余剰な30–32メートルの人工衛星地上局アンテナを、大陸規模の非常に長い基線干渉計測定（VLBI）ネットワークに転用することで、高分解能電波望遠鏡観測の向上、画像化のためのUVカバレッジの改善、およびスケール・キロメートル・アレイ（SKA）のパスファイナー計画プロジェクトへの支援を図る。この取り組みは、新規望遠鏡建設コストの約10％にとどまる既存インフラを活用し、ガーナのクントゥンセアンテナをVLBIおよび単一アンテナ電波天文のパイロット施設として活用する。

ABSTRACT

The advent of international wideband communication by optical fibre has produced a revolution in communications and the use of the internet. Many African countries are now connected to undersea fibre linking them to other African countries and to other continents. Previously international communication was by microwave links through geostationary satellites. These are becoming redundant in some countries as optical fibre takes over, as this provides 1000 times the bandwidth of the satellite links. In the 1970's and 1980's some two dozen large (30 m diameter class) antennas were built in various African countries to provide the satellite links. Twenty six are currently known in 19 countries. As these antennas become redundant, the possibility exists to convert them for radio astronomy at a cost of roughly one tenth that of a new antenna of similar size. HartRAO, SKA Africa and the South African Department of Science and Technology (DST) have started exploring this possibility with some of the African countries.

研究の動機と目的

• アフリカにおける老朽化した大型衛星地上局アンテナを電波望遠鏡に再利用し、新規望遠鏡建設に比べてコストを削減すること。
• ヨーロッパとオーストラリアの間の基線カバレッジを向上させ、VLBI画像化における角分解能を向上させる機能的なアフリカVLBIネットワーク（AVN）を構築すること。
• SKAパスファイナー科学への参加を可能にし、アフリカにスケール・キロメートル・アレイ（SKA）を誘致する長期的目標を支援すること。
• ハートラオの26メートル電波望遠鏡と同様のキュー順次スケジューリングを採用することで、単一アンテナ運用と放射計測、スペクトロスコピー、パルサー計測を可能にし、電波望遠鏡分野における人材育成と研究能力を強化すること。
• 既存のCバンドフィードを備えたビーム波ガイドアンテナを、電波望遠鏡帯域（例：4.8–5.1 GHz、8.4 GHz、6.7 GHz）で使用可能にするための変更が可能であることを実証すること。

提案手法

• Intルス・ドキュメンテーション、衛星画像、政府関係者との連絡を活用して、19か国のアフリカ諸国に存在する大型衛星アンテナ（30–32メートル）を特定・調査する。
• 候補地としてガーナのクントゥンセ32メートルアンテナを含む、複数のサイトで現地調査を実施し、構造的および電気的状態を評価する。
• 既存のCバンドマイクロ波フィードホーンを、電波望遠鏡用途に適合させる。主なVLBI帯域（4.8–5.1 GHz、6.7 GHz（メタノールメーザー）、8.4 GHz）をターゲットとする。
• 幅帯域またはマルチバンドフィード（例：4.5–9 GHz）を開発することで、元来の衛星帯域を超える科学的応用を可能にする。
• 水素メーザーまたはGPS時刻同期を用いた正確な時刻・位相補正を実現する受信機システムを導入し、VLBI相関処理に適合させる。
• ハートラオの26メートル電波望遠鏡と同様の自動キュー順次スケジューリングを採用し、放射計測、スペクトロスコピー、パルサー計測を含む単一アンテナ運用を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アフリカの余剰な30–32メートルの衛星地上局アンテナは、低コストでVLBIおよび単一アンテナ電波望遠鏡に効果的に再利用可能か？
• RQ2 アフリカのアンテナが加わることで、EVN や AT-LBA などのグローバルVLBIネットワークにおけるUVカバレッジと画像品質はどのように向上するか？
• RQ3 ビーム波ガイドアンテナおよび既存のCバンドフィードを、電波望遠鏡運用に適合させるために必要な技術的改造は何か？
• RQ4 4基以上のアンテナが独立して運用する最小限のアフリカVLBIネットワークが持つ科学的潜在能力はどの程度か？
• RQ5 既存インフラは、変動源のモニタリングに適した長期的で、監視不要のキュー順次スケジューリング観測をどの程度サポートできるか？

主な発見

• 19か国のアフリカ諸国に、26基の大型衛星地上局アンテナ（30–32メートル）が存在することが確認されており、多くのアンテナが光ファイバーへの移行に伴いすでに余剰化している。
• ガーナのクントゥンセ32メートルアンテナは、変換の可能性が確認された。位置は6°Nにあり、ヨーロッパと南アフリカの間で重要な基線カバレッジを提供する。
• アンテナのビーム波ガイド構造は、フィードシステムおよび受信機電子回路の改造を施せば、電波望遠鏡用途に技術的に実現可能である。
• 4.8–5.1 GHz帯域は元来のCバンド範囲内にあり、最小限の改造でアクセス可能であり、即時のVLBI運用が可能である。
• 4.5–9 GHzをカバーする幅帯域フィードを導入すれば、8.4 GHz VLBIおよび6.7 GHzメタノールメーザー観測を含む、複数の科学モードを同時に実現可能である。
• 変換されたアンテナでの単一アンテナ運用により、自動キュー順次スケジューリングを用いた長期的変動源モニタリングが可能となる。