[論文レビュー] The Science Vision for the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA)

T. Roellig, James M. De Buizer+8 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2009

Atmospheric Ozone and Climate被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、改装された747機体に搭載された高高度の空飛ぶ赤外望遠鏡、SOFIAの科学的ビジョンを概説している。SOFIAは、星や惑星の形成、銀河中心部、惑星系、および銀河間物質の観測を可能にし、宇宙の高高度で柔軟かつ的確な観測を通じて赤外線天文学を前進させる。

ABSTRACT

An updated Science Vision for the SOFIA project is presented, including an overview of the characteristics and capabilities of the observatory and first generation instruments. A primary focus is placed on four science themes: 'The Formation of Stars and Planets', 'The Interstellar Medium of the Milky Way', 'Galaxies and the Galactic Center' and 'Planetary Science'.

研究の動機と目的

• 赤外線天文学の新たなプラットフォームとしての宇宙線赤外望遠鏡（SOFIA）の科学的目標と観測優先順位を定義すること。
• SOFIAの技術的・科学的能力、特に高高度飛行プラットフォームおよび第1世代の機器を概説すること。
• 4つのコア科学的テーマを確立すること：星・惑星の形成、ミルキーウェイの銀河間物質、銀河および銀河中心部、惑星科学。
• 科学界がSOFIAの独自の視点を活用して高感度で長波長赤外線観測を実施できるよう導くこと。
• SOFIAの初期段階における科学的運用および機器導入の包括的ロードマップを提供すること。

提案手法

• 赤外線スペクトルにおける大気中の水蒸気の干渉を最小限に抑えるために、40,000フィートを超える高度で飛行する改造されたボーイング747SP機体を活用すること。
• さまざまな科学的観測に適した複数の第1世代機器を搭載可能な2.5メートルの赤外線望遠鏡を装備すること。
• 異なる観測キャンペーンに迅速に機器を再構成できる柔軟な機器交換システムを導入すること。
• 0.3〜1200ミクロンの波長範囲で観測を行い、地上から観測できない中〜遠赤外線帯域に重点を置くこと。
• 長時間飛行と高頻度の飛行能力を活かして、一時的で時間的に変化する現象にアクセスすること。
• 地上および宇宙望遠鏡からのデータと統合し、多波長の文脈を提供すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 空飛ぶ赤外線天文台としてのSOFIAは、ほこりに覆われた領域において、星や惑星の形成に関する重要な問いにどのように独自に応えることができるか？
• RQ2 特に高密度分子雲やHII領域において、ミルキーウェイの銀河間物質の物理的・化学的状態は何か？
• RQ3 銀河核および活動銀河核はどのように進化し、赤外線観測がその構造とエネルギー出力の解明に果たす役割は何か？
• RQ4 高高度プラットフォームからの高分解能赤外線分光法によって、惑星の大気、表面、環に関するどのような知見が得られるか？
• RQ5 SOFIAの移動性と機器の柔軟性は、地上または宇宙望遠鏡と比較して、科学的成果をどのように向上させるか？

主な発見

• SOFIAは、地球の大気中で99％以上の水蒸気を上空で観測可能にし、赤外線の吸収を顕著に低減することで、高感度で長波長の赤外線観測を可能にする。
• 2.5メートルの望遠鏡は赤外線波長域で diffraction-limited（回折限界）の性能を発揮し、天体の高解像度研究が可能となる。
• 第1世代の機器であるFORCASTおよびFIFI-SSは、5〜650ミクロンの範囲で動作するように設計されており、測光、分光、撮影を支援する。
• SOFIAが異なる空域に飛行可能なことから、一時的現象や特定の銀河的構造（例：銀河中心）への的確な観測が可能である。
• 科学的ビジョンは、原始星からの噴出流、星形成領域における分子線放出、惑星環内のダスト成分といった、SOFIAの独自の能力が最適な対象である重要な天体物理学的現象を特定している。
• 望遠鏡の設計は、高効率な観測を実現する持続的な科学プログラムを支援しており、複数の天文学的分野にわたる広範な科学的調査を可能としている。