[論文レビュー] Astro2020 Project White Paper: PolyOculus -- Low-cost Spectroscopy for the Community

Stephen S. Eikenberry, Misty C. Bentz+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2019

Semiconductor Lasers and Optical Devices参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

PolyOculusは、ファイバーオプティクスで接続された小型望遠鏡を用いて、広範囲で自動化された一時的天体源の分光観測を可能にする低コストでスケーラブルな分光計測システムを提案する。複数の市販の小型望遠鏡をファイバーで接続することで、従来の大望遠鏡と比較して10倍以上低い建設コストを実現するとともに、LSSTのような時間領域調査に適した遠隔・自動化運用を可能にする。

ABSTRACT

As astronomy moves into the era of large-scale time-domain surveys, we are seeing a flood of new transient and variable sources which will reach biblical proportions with the advent of LSST. A key strategic challenge for astronomy in this era is the lack of suitable spectroscopic followup facilities. In response to this need, we have developed the PolyOculus approach for producing large-area-equivalent telescopes by using fiber optics to link modules of multiple semi-autonomous, small, inexpensive, commercial-off-the-shelf telescopes. Crucially, this scalable design has construction costs which are $>10x$ lower than equivalent traditional large-area telescopes. In addition, PolyOculus is inherently highly automated and well-suited for remote operations. Development of this technology will enable the expansion of major research efforts in the LSST era to a host of smaller universities and colleges, including primarily-undergraduate institutions, for budgets consistent with their educational expenditures on similar facilities. We propose to develop and deploy a 1.6-m prototype demonstrator at the Mt. Laguna Observatory in California, followed by a full-scale 5-meter-class PolyOculus facility for linkage to existing and upcoming time-domain surveys.

研究の動機と目的

• LSST時代における時間領域調査の分光的フォローアップ能力の著しい不足を解消すること。
• 主に学部教育機関を含む中小機関が、低コストでスケーラブルなインfraストラクチャを用いて大規模な一時的天体観測に参加できるようにすること。
• Mt. Laguna観測所に1.6-mのプロトタイプデモンストレータを構築し、PolyOculusの概念を検証すること。
• 既存および将来の時間領域調査と統合可能な、本格的な5メートル級のPolyOculus施設を設計すること。
• 従来の大面積望遠鏡と比較して、建設コストを10倍以上低減しつつも、高い自動化および遠隔運用能力を維持すること。

提案手法

• 複数の準自動化小型市販望遠鏡をファイバーオプティクスで接続し、1つの大型口径相当のシステムを構築する。
• プロトタイプから本格的展開まで段階的なスケーリングが可能なモジュラー設計を採用する。
• 開発コストの低減と迅速な展開を実現するため、既存の市販望遠鏡部品を活用する。
• 自動スケジューリングおよび遠隔運用システムを統合し、未監視で高頻度の分光観測を可能にする。
• 一時的天体源に適した高スループット・低分解能分光観測に最適化された光学系および分光計構成を設計する。
• 個々の望遠鏡モジュールを管理しつつも、システム全体の整合性とデータ統合を保つ分散型制御アーキテクチャを採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ファイバーで接続された多数の小型低コスト望遠鏡が、単一の大望遠鏡と同等の分光性能を、コストの数分の一で達成できるか。
• RQ2 このようなシステムが、LSST時代における高頻度・自動化分光フォローアップを、どれほど効果的に実行できるか。
• RQ3 予算が限られた中小機関が、この手法をどれほど容易に採用できるか。
• RQ4 市販部品とモジュラー設計原理を用いたPolyOculusシステムの実現可能なスループットと波長分解能はどの程度か。
• RQ5 長期間にわたる時間領域調査において、継続的な遠隔運用下で、このシステムのスケーラビリティと信頼性はどの程度か。

主な発見

• PolyOculusの設計により、同等の伝統的大型面積望遠鏡と比較して、建設コストが10倍以上低減される。
• モジュラーでファイバー接続された小型望遠鏡によるシステムにより、広範囲の分光観測が可能となり、プロトタイプから本格的な5メートル級施設へのスケーリングが可能である。
• Mt. Laguna観測所に設置予定の1.6-mプロトタイプデモンストレータは、コア技術的および運用的コンセプトの検証を目的としている。
• 本格的なPolyOculus施設は、LSSTを含む既存および将来の時間領域調査とシームレスに統合可能に設計されている。
• システムは本質的に自動化されており、遠隔運用に非常に適しており、人件費および運用コストの大幅な削減が可能である。
• この手法により、中小大学および主に学部教育機関が、主要な一時的天体研究計画にアクセス可能になる。