[論文レビュー] SOFIA Astronomy and Technology in the 21st Century

A. Krabbe, Hans─Peter Roeser|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 1999

Astronomical Observations and Instrumentation被引用数 7

ひとこと要約

本論文では、改造されたボーイング747SPに搭載された高高度の航空機望遠鏡、SOFIAを紹介する。この望遠鏡は、地球の大気によって遮断される中赤外線（MIR）および遠赤外線（FIR）波長域（5–300 µm）に特異なアクセスを可能にする。2.7メートルの主鏡を装備し、SOFIAは高い空間分解能と感度を実現し、2002年から20年間にわたり両天球をカバーする天文学的観測を支援する。

ABSTRACT

SOFIA, the Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy mounted on-board a Boeing 747SP will open a new era in MIR/FIR astronomy. Starting in 2002, SOFIA will offer German and American astronomers a unique platform, providing regular access to the entire MIR and FIR wavelength range between 5 micron and 300 micron part of which is otherwise inaccessible from the ground. SOFIAs 2.7m mirror and optimized telescope system combines the highest available spatial resolution with excellent sensitivity. SOFIA will operate in both celestial hemispheres for the next two decades. In this paper we present an overview of the SOFIA project and the science that this observatory will be able to address.

研究の動機と目的

• 大気による吸収の制限を克服し、中赤外線および遠赤外線天文観測のための新しいプラットフォームとしてSOFIAを確立すること。
• 米国およびドイツの天文学者が、5–300 µmの波長範囲で定期的かつ容易に観測時間を取得できるようにすること。
• 高高度プラットフォームを活用し、中赤外線／遠赤外線帯域で高い空間分解能と感度を達成すること。
• 北天および南天の両天球から長期間にわたり持続的な天文学的観測を支援すること。
• コスト効率的で柔軟な赤外線天文観測を実現するため、商業機を改造した望遠鏡技術を統合すること。

提案手法

• 大気中の水蒸気の大部分を上回る高度に飛行するように改造されたボーイング747SPに、2.7メートルの赤外線望遠鏡を搭載する。
• 地上から約41,000フィート（12 km）の高度で運用し、大気中の水蒸気の99％以上を上空に位置させる。
• 5–300 µmの波長範囲で高い空間分解能と感度を実現するように最適化された安定化望遠鏡システムを活用する。
• 異なる地域を飛行することで、北天および南天の両天球における観測を実施する。
• 広範な科学的アクセスと共有データリソースを確保するため、米国とドイツの共同科学プログラムを実施する。
• 航空機の移動性を活かし、天の川全域にわたる一時的で高精度な天体現象を標的にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 航空機プラットフォームは、大気による吸収を効果的に克服し、高感度の中赤外線／遠赤外線観測を実現できるか？
• RQ2 高高度の航空機に搭載された2.7メートル望遠鏡は、地上望遠鏡および宇宙望遠鏡と比較して、どのような科学的能力を有するか？
• RQ3 改造された民間ジェット機が、赤外線天文観測に適した安定的で長時間の観測環境を提供できるか、その範囲はどの程度か？
• RQ4 米国とドイツの天文学者間の国際的協力は、SOFIAの科学的成果を最大化するために、どのように構築されるべきか？
• RQ5 圧力がかかる、振動しやすく乱流の発生する航空機環境に大規模な望遠鏡を維持する上で、技術的および運用上の課題は何か？

主な発見

• SOFIAは、大気による吸収のため地上からほとんどアクセスできない5–300 µmの波長範囲に定期的にアクセス可能である。
• 2.7メートルの主鏡と最適化された望遠鏡システムにより、航空機赤外線天文観測で入手可能な最高の空間分解能と感度が実現されている。
• 20年間のミッション期間にわたり、両天球にわたる観測が可能であり、天の川全域の包括的カバーが可能である。
• 大気中の水蒸気の99％以上を上回る高度に位置することで、SOFIAは中赤外線および遠赤外線帯域で宇宙空間に近い観測品質を達成している。
• 本プロジェクトは、地上望遠鏡と宇宙望遠鏡の間の空白を埋める持続的で柔軟的かつコスト効率の良い赤外線天文観測プラットフォームを確立している。
• ナサとドイツ航空宇宙センターの協力体制により、広範な科学的アクセスと赤外線天体物理学分野における国際的な科学的進歩が実現されている。