[論文レビュー] Progress in the Design of the Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope

Tony Mroczkowski, C. Cicone+14 more|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2023

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 10被引用数 14

ひとこと要約

本論文は AtLAST 天文台設計の現状を報告し、1–2 度の視野を持つ50 m のオン軸シングルディッシュ、ローキングチェア構造、Nasmyth機器ベイ、2024年に設計を確定し公表する計画を詳述しています。

ABSTRACT

The Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST) aims to be the premier next generation large diameter (50 meter) single dish observatory capable of observations across the millimeter/submillimeter spectrum, from 30~GHz to 1~THz. AtLAST will be sited in Chile at approximately 5100 meters above sea level, high in the Atacama Desert near Llano de Chajnantor. The novel rocking-chair telescope design allows for a unprecedentedly wide field of view (FoV) of 1-2$^\circ$ diameter, a large receiver cabin housing six major instruments, and high structural stability during fast scanning operations (up to $\sim 3^\circ$ per second in azimuth). Here we describe the current status of, and expected outcomes for, the antenna design study, which will be completed in 2024.

研究の動機と目的

• 高解像度で広い領域の空を写すための大口径・広視野 mm/submm 天文台の必要性を喚起する。
• 現在のアンテナ設計研究と、構築可能でアップグレード可能な観測所を目指す目標を詳述する。
• 基礎となる光学・構造・受信機配置を説明し、完全な設計公表に向けた次のステップを示す。

提案手法

• FoV を最大化するために、50 m の一次鏡（M1）と12 m の二次鏡（M2）を用いたオン軸カセグレン配置を採用する。
• 受け入れ可能なビーム品質で大きな FoV を可能にするローキングチェア構造概念を実装する。
• 平坦な三次鏡（M3）を用いて機器を選択し、2 台の機器に対して Nasmyth 搭載構成を可能にする。
• 光学・機械・熱・制御系を導くために、エンドツーエンドのシミュレーションと CAD モデリングを用いる。
• 高速スキャン時（約3 度/秒）に表面精度を維持する閉ループ型アクティブオプティクスを計画する。
• 関連施設の設計概念（例：CMB-S4 光学、LMT/GTM）を参照して基準選択を導く。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 50 m mm/submm 天文台が良好なビーム品質で 1–2 度の FoV を実現する光学・構造設計とは何か？
• RQ2 高速スキャニングと機器設置（Nasmyth および OffEA）を、性能を損なわずに統合するにはどうするか？
• RQ3 AtLAST のデザイン最終化、工学分析、製造計画を2024年までに完了するための次のステップは何か？

主な発見

• 12 m の二次鏡とローキングチェア構造を備えた基準の 50 m オン軸設計が開発された。
• 機器配置には Nasmyth 搭載ベイ 2 基と OffEA 系統 4 台を含み、OnEA は直径 4.3 m の大規模焦平面、OffEA は直径 2.1 m の焦平面を有する（それぞれの FoV 制限内）。
• 受信機内の補正光学を用いた場合、1.2 mm で視野の大部分で Strehl 比は 0.8 以上を維持する；λ ≥ 2 mm の波長で 2 度の FoV が完全に回復される。
• 設計研究は 2024 年の完全な設計公開に向けて CAD モデル、エンドツーエンドシミュレーション、調達計画を含めて進行中。
• サイト風データの取り込み、光学・機械・熱・電気系の工学解析、および現場での組立・検証計画を含める予定。