[論文レビュー] Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy

Murad Hamidouche, Erick T. Young+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2010

Spacecraft Design and Technology被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、改造されたボーイング747-SP機に搭載された2.7メートルの望遠鏡を備えた、高度な赤外線天文台であるSOFIAを紹介している。SOFIAは、地球の大気中の水蒸気の99％以上を上回る高度で観測を可能にし、5〜240μmの波長域で分解能R > 10⁴の高分解能分光法を実現する。また、柔軟な機器交換システムを備え、両半球の天体の変動的天体現象を最大20年間、観測可能にし、ヘーシェル宇宙望遠鏡のミッション終了後に生じた遠赤外線天文の重要な空白を埋めることを目的としている。

ABSTRACT

We present one of the new generations of observatories, the Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy (SOFIA). This is an airborne observatory consisting of a 2.7-m telescope mounted on a modified Boeing B747-SP airplane. Flying at an up to 45,000 ft (14 km) altitude, SOFIA will observe above more than 99 percent of the Earth's atmospheric water vapor allowing observations in the normally obscured far-infrared. We outline the observatory capabilities and goals. The first-generation science instruments flying on board SOFIA and their main astronomical goals are also presented.

研究の動機と目的

• 地球の大気によって遮断される波長域にアクセスできる、柔軟で長期運用可能な赤外線天文台を構築すること。
• ヘーシェル宇宙望遠鏡の冷却寿命終了後に生じた遠赤外線天文分野の空白を埋めること。
• 超新星、新星、彗星現象などの変動的天体現象に対して迅速な対応を可能にすること。
• 共同観測時間と機器交換を通じて、国際的な天文学的研究を支援すること。
• 次世代の宇宙望遠鏡が運用を開始するまでの間、赤外線天体物理学分野における継続的な科学的関与を維持すること。

提案手法

• 地球の大気中の水蒸気の大部分を上回る高度14 km（45,000 ft）まで飛行可能な、改造されたボーイング747-SP機に2.7メートルの望遠鏡を搭載すること。
• 0.3 μm から 1600 μm の波長域をカバーする、最初世代の機器群（撮影カメラ、分光計、併合分光計）を用いること。
• 15 μm より長い波長で、大規模な検出器アレイを用いて diffraction-limited な像を達成すること。
• 5〜240 μm の波長域で高分解能（R > 10⁴）を実現し、分子および原子線の詳細な研究を可能にすること。
• 複数の空軍基地から世界中をカバーする展開能力を備え、北半球および南半球の両方の空を観測可能にすること。
• 科学的ニーズの変化と技術の進歩に対応できるように、機器の交換とアップグレードを可能にする仕組みを導入すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 空中望遠鏡は、地上および宇宙望遠鏡が制限を受ける遠赤外域で、どのように高分解能分光法とdiffraction-limited な像を達成できるのか？
• RQ2 太陽付近や特定の天体領域の変動的天体現象を観測する際、SOFIAは宇宙望遠鏡と比較してどのような利点を有するのか？
• RQ3 SOFIAの機器交換の柔軟性は、変動星や活発銀河核の長期的かつ連携的な研究をどのように支援できるのか？
• RQ4 ヘーシェルミッション終了後、SOFIAはどのようにして科学的生産性と研究コミュニティの関与を維持できるのか？
• RQ5 SOFIAの世界規模の移動性と迅速な対応能力は、天体現象の時間的モニタリングをどの程度向上できるのか？

主な発見

• SOFIAは年間約1,000時間の科学観測を提供し、2014年までに完全な運用能力が得られると予想されている。
• 20年間の運用期間を有することで、変動星や一時的天体源の長期的時間的研究が可能になる。
• ヘーシェルの冷却剤消費終了後に、SOFIAが30〜300 μmの波長域を唯一カバーする望遠鏡となる。これにより、遠赤外線天文分野の継続性が保証される。
• 8アングストロームの視野は、大規模な検出器アレイを用いた広視野撮影および分光法の実現を可能にする。
• SOFIAが複数のグローバル基地から飛行可能であるため、超新星、新星、彗星の出現などの変動的天体現象に対して迅速な対応が可能になる。
• SOFIAの機器交換機能により、新技術の統合と科学的優先順位の変化への適応が可能になる。