[論文レビュー] The Site of the ASTRI SST-2M Telescope Prototype: Atmospheric Monitoring and Auxiliary Instrumentation

G. Leto, M. C. Maccarone+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2014

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 3被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、イタリアのセルラ・ラ・ナーヴェに設置されたASTRI SST-2Mプロトタイプ・チェレンコフ望遠鏡のキャリブレーションおよび科学的妥当性の検証を支援するため、大気モニタリングおよび補助機器システムの導入を報告する。このシステムには、PLUDIX、ラマン・レーザー・リモートセンシング（Raman LIDAR）、UVscope、UVSiPMの各機器が含まれ、大気状態、空の背景放射、望遠鏡の応答をモニタリングし、CTAミッションの正確な絶対キャリブレーションと性能検証を可能にする。

ABSTRACT

ASTRI is a Flagship Project led by the Italian National Institute of Astrophysics, INAF. The main objective of the ASTRI project is to develop a prototype of the Small Size class Telescope for the Cherenkov Telescope Array (CTA) in a dual-mirror configuration (SST-2M). The ASTRI SST-2M is an end-to-end prototype that will be fully developed by the ASTRI Collaboration from the optics design and manufacturing to the focal plane camera, from the structure of the mount to all the needed software. The ASTRI SST-2M prototype will be placed at the INAF "M.G. Fracastoro" observing station in Serra La Nave on the Etna Mountain near Catania, Italy. The technological solutions adopted will be tested on field: observations of the Crab Nebula and of other sources will be essential part of the science verification phase, with the aim to assess the achievement of the scientific requirements. In the following we present the Serra La Nave site together with all the auxiliary instruments needed for atmospheric monitoring and characterization, calibration and science verification of the ASTRI SST-2M prototype.

研究の動機と目的

• イタリア・エトナ山のセルラ・ラ・ナーヴェ（1735 m a.s.l.、37°41′05″N、14°58′04″E）がASTRI SST-2Mプロトタイプ望遠鏡の設置に適しているかを評価すること。
• 非常に高エネルギーのガンマ線観測に必要な厳格な大気的・気象的・インfra構造的要件を満たしているかを確認すること。
• リアルタイムの大気モニタリングおよび望遠鏡キャリブレーションを可能にする包括的な補助機器の導入。
• UVscopeおよびUVSiPMを併用した同時測定により、ASTRI SST-2Mプロトタイプの正確な絶対キャリブレーションを実現すること。
• 科学的妥当性検証フェーズを支援するため、空の背景放射、大気透過率、信号減衰の特性を同定すること。

提案手法

• 地理的・気象的・アクセス性の基準に基づき、INAFが最適と判断したセルラ・ラ・ナーヴェ（1735 m a.s.l.、37°41′05″N、14°58′04″E）を最適な設置地点として選定。
• 降水の種別、強度、粒子径分布を検出・特徴付けるため、ドップラー式雨量計であるPLUDIXの設置。
• 大気散乱係数の高さ15 kmまでの垂直プロファイルを測定するため、ラマン・レーザー・リモートセンシング（Raman LIDAR）システムの設置。
• 校正済みフィルターおよびモーター駆動トラッキングを備えたUVscope（マルチアルカリ光電子倍増管）およびUVSiPM（シリコンフォトマルチプライヤー）を用いて、夜間の空の背景放射および大気減衰を測定。
• ASTRI SST-2MとUVscope-UVSiPMが同時に参照星および地上光源を追尾することで、スペクトル応答および絶対キャリブレーション定数を特定。
• すべての補助データストリームをデータ再構成および解析パイプラインに統合し、リアルタイムでの性能評価を可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 セルラ・ラ・ナーヴェの地点は、大気の透明度、気象の安定性、インfra構造の観点からASTRI SST-2Mプロトタイプ望遠鏡の設置に適しているか？
• RQ2 湿度、降雪、エアロゾル含有量などの変動する大気状態が、ASTRI SST-2Mプロトタイプの性能に与える影響は何か？
• RQ3 UVscope-UVSiPMシステムは、正確かつリアルタイムに夜間の空の背景放射および大気透過率をモニタリングできるか？
• RQ4 観測中の視線方向に生じる総大気減衰量は何か？ そして、その量をどのように定量化できるか？
• RQ5 校正済み外部光検出器を用いた同時測定により、ASTRI SST-2M望遠鏡のスペクトル応答および絶対ゲインをどのように特定できるか？

主な発見

• エトナ山の1735 m標高に位置するセルラ・ラ・ナーヴェ地点は、平均して20°を超える水平線の開放度、火山灰の存在が少ない、夏季は67%、冬季は79%の中程度の湿度という良好な環境条件を示している。
• PLUDIXは、雨、雪、ヒリキ、火山灰などの降水種別を正確に検出・分類し、高い時間分解能で瞬時の降水量を測定できた。
• ラマン・レーザー・リモートセンシング（Raman LIDAR）システムは、15 kmまでの垂直大気散乱係数プロファイルを提供し、エアロゾルおよび雲層の詳細なモニタリングを可能にした。
• モーター駆動トラッキングを備えたUVscopeおよびUVSiPM機器により、空の背景放射および大気減衰を、1分未満の時間分解能で同時に、かつ同一視線方向に測定できた。
• ASTRI SST-2MとUVSiPMが同時に参照星を追尾することで、視野全域にわたる望遠鏡応答の正確な総大気減衰量の特定およびキャリブレーションが可能になった。
• 地上光源の観測中にASTRI SST-2MとUVSiPMのデータを比較することで、光学系およびカメラを含む望遠鏡の全スペクトル応答関数を高い精度で導出できた。