[論文レビュー] CALLISTO Spectrometer at IISER-Pune

K. Sasikumar Raja, Prasad Subramanian+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2018

Experimental and Theoretical Physics Studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、インド・パイューンのIISER-Puneに設置されたCALLISTO電波スペクトロメータの設置および運用について述べており、太陽電波爆発および地上の電波周波数干渉（RFI）をモニタリングすることを目的としている。このシステムは、ログ・パーソデック・ダイポール（LPD）アンテナとカスタム受信機を用い、45–870 MHzの動的スペクトルを記録しており、コロナル・シャックに伴うタイプII爆発とモンスーン雷雨に起因するRFIを捉えている。干渉データにおいては、約500 MHz以上で急激なカットオフが観測されている。

ABSTRACT

A CALLISTO spectrometer to monitor solar radio transient emissions from $\approx 0.8-1.6~R_{\odot}$ (above photosphere) is installed at IISER, Pune, India (longitude $73^{\circ} 55'$ E and latitude $18^{\circ}31'$ N). In this paper, we illustrate the instrumental details (log-periodic dipole antenna and the receiver system) along with the recorded solar radio bursts and radio frequency interferences produced by the thunderstorms in the frequency range 45-870 MHz. We also developed the image processing pipelines using `sunpy' and in-house developed python library called `pycallisto'.

研究の動機と目的

• IISER-Puneに低コストで持ち運び可能な太陽電波スペクトロメータを設置し、コロナ放射の連続的モニタリングを実現すること。
• コロナル・シャックおよびフレアに伴う関連するタイプII爆発を含む太陽電波爆発を特徴づけること。
• 45–870 MHz帯域における地上の電波周波数干渉（RFI）、特に雷雨に起因するものについて調査すること。
• データ解析のための画像処理パイプラインを構築・展開し、'sunpy'および自社開発のPythonライブラリ 'pycallisto' を使用すること。
• 直交型ログ・パーソデック・ダイポールアンテナと四分音位混合受信機を用いたスペクトロポラリメータへの将来的なアップグレード計画を立てること。

提案手法

• 45–870 MHz帯域で広帯域受信が可能なログ・パーソデック・ダイポール（LPD）アンテナと低雑音増幅器（LNA）を用いたCALLISTOスペクトロメータの設置。
• 100 MHzのIF帯域幅と100 kHzの周波数分解能を備えたカスタム受信システムを実装し、動的スペクトルを捉えること。
• e-CALLISTOネットワークを活用し、リアルタイムでデータをETHチューリッヒに送信し、太陽電波爆発の世界的な相互検証を可能にすること。
• 'sunpy' Pythonライブラリおよび自社開発のライブラリ 'pycallisto' を用いて、動的スペクトルおよびRFIイベントの処理と可視化を行うこと。
• スペクトル概要モードを用いて電波環境を評価し、FMの高調波および選択的干渉源を特定すること。
• モンスーン期の雷雨中のRFIシグネチャを分析し、特に120–500 MHz帯域で観測された、約500 MHz以上で明確なスペクトルカットオフが観察されたこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CALLISTOスペクトロメータは、IISER-Puneで太陽タイプII電波爆発を検出する性能を果たしているか？
• RQ2 この場所における地上の電波周波数干渉（RFI）、特に雷雨に起因するものとして、45–870 MHz帯域にどのように現れるか？
• RQ3 観測された約500 MHz以上でのRFI電力の急激なカットオフの原因は何か？ また、それはスペクトル測定にどのように影響するか？
• RQ4 都市部に位置するが、このCALLISTOシステムは、24時間365日、長期間にわたり太陽電波放射をモニタリングするのにどの程度適しているか？
• RQ5 直交型LPDアンテナと四分音位混合受信機を用いたスペクトロポラリメータへのシステムのアップグレードの見通しはいかがなものか？

主な発見

• 2015年11月4日、Mクラスのフレアが03:20 UTに発生したのを受けて、太陽タイプII電波爆発が正しく記録された。爆発は03:23 UTに検出され、40–470 MHz帯域で15分間継続した。
• タイプII爆発のドリフト速度は約1.18 MHz s⁻¹であり、コロナル障害に起因するショック駆動型プラズマ放射と整合的であった。
• モンスーン期には、120–500 MHz帯域で雷雨に起因する強いRFIが記録され、約500 MHz以上で明確なスペクトルカットオフが観測された。
• 都市部に位置するにもかかわらず、115 MHz以上の周波数帯域は比較的クリーンであり、FM高調波など標準的な地上干渉源のみが存在した。
• IISER-Puneの動的スペクトルは、高周波数帯域がクリアで、選択的干渉が観察されており、静穏状態の太陽およびサイリウスAの電波強度をスペクトル基準として用いた。
• システムは正常稼働しており、グローバルなe-CALLISTOネットワークに統合されており、Gauribidanurなどの他の観測所とリアルタイムでのデータ共有と相互検証が可能である。