[論文レビュー] Herschel Space Observatory - An ESA facility for far-infrared and submillimetre astronomy

G. L. Pilbratt, J. R. Riedinger+9 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2010

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 12被引用数 1,884

ひとこと要約

Herschel Space Observatoryは、NASAの参加を含む欧州宇宙機関（ESA）のミッションであり、2009年に打ち上げられた遠赤外線およびミリ波長帯の宇宙望遠鏡である。3.5 mの被動的冷却望遠鏡と、PACS、SPIRE、HIFIの3つの科学機器を装備し、星形成、銀河間媒体の物理、宇宙の進化に関する画期的な観測を可能にした。このミッションは、打ち上げ前の予測と一致する性能を達成し、完全に運用可能となった。2″の指向精度と、3.5〜4年間の通常運用寿命を有し、世界の天文学コミュニティに20,000時間以上の保証時間とオープン時間の観測時間が割り当てられた。

ABSTRACT

Herschel was launched on 14 May 2009, and is now an operational ESA space observatory offering unprecedented observational capabilities in the far-infrared and submillimetre spectral range 55-671 μm. Herschel carries a 3.5 metre diameter passively cooled Cassegrain telescope, which is the largest of its kind and utilises a novel silicon carbide technology. The science payload comprises three instruments: two direct detection cameras/medium resolution spectrometers, PACS and SPIRE, and a very high-resolution heterodyne spectrometer, HIFI, whose focal plane units are housed inside a superfluid helium cryostat. Herschel is an observatory facility operated in partnership among ESA, the instrument consortia, and NASA. The mission lifetime is determined by the cryostat hold time. Nominally approximately 20,000 hours will be available for astronomy, 32% is guaranteed time and the remainder is open to the worldwide general astronomical community through a standard competitive proposal procedure.

研究の動機と目的

• 遠赤外線およびミリ波長帯天文学の完全に運用可能な施設としてのHerschel Space Observatoryの包括的概要を提供すること。
• そのミッション設計、特に3.5 mの被動的冷却望遠鏡、冷却された機器、太陽-地球L2点の軌道を詳細に記述すること。
• 運用中の性能と、光学系、指向系、機器系の検証を記録すること。
• 観測戦略を概説し、競争的提案を通じて割り当てられる保証時間（32％）とオープン時間（68％）の割り当て方法を説明すること。
• 星形成、銀河間媒体のプロセス、宇宙時間にわたる宇宙の進化を研究するための科学的根拠を提示すること。

提案手法

• 望遠鏡は、炭化ケイ素構造と超流動ヘリウム・クライオスタットを用いて160 Kに被動的冷却された3.5 m径のカッシグレイン望遠鏡である。
• 3つの機器が使用された：PACSとSPIREは直接検出型カメラ／中分解能分光器であり、HIFIは高分解能変貌分光器である。
• 宇宙船は、太陽-地球L2点の周りで大振幅の準ホールオービットを航行し、熱的および放射的干渉を最小限に抑える。
• スキャンマップ、ポイント、緊急対応モードの組み合わせにより観測が実施され、星トラッカーを用いてリアルタイムで指向精度が監視された。
• オープン時間の観測割り当てには、競争的提案制度が用いられ、データはHIPEおよびHCSSなどのツールを用いてHerschel科学地上セグメントで処理された。
• 運用中の検証には、指向性能、機器応答、クライオスタットのヘリウム消費量のチェックが含まれ、ミッション寿命の予測に用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Herschel Space Observatoryの望遠鏡および機器設計は、どのように遠赤外線およびミリ波長帯での高感度観測を可能としているか？
• RQ2 運用中の指向システムの性能はどのようであり、打ち上げ前の予測と比べてどうか？
• RQ3 ミッション寿命はどのように決定されており、クライオスタットのヘリウム消費量に基づく予測寿命はどの程度か？
• RQ4 観測時間の割り当て戦略は何か？オープン時間の提案プロセスはどのように構造化されているか？
• RQ5 Herschelは、星形成、銀河間媒体のプロセス、宇宙時間にわたる宇宙の進化を研究する上で、どのような科学的能力を提供しているか？

主な発見

• Herschel Space Observatoryは、打ち上げ前の予測と一致する指向精度約2″を達成した。太陽の方位角が望遠鏡の視線軸に対して120°から110°にわずかに制限された。
• 2009年11月25日に行われたクライオスタット内残留ヘリウムの初回直接測定により、予想されるミッション寿命は3.5年からわずかに4年以上の間であると判明した。
• 2010年1月10日、共同故障調査の結果、冗長な温作電子回路を用いてHIFIが正常に再起動され、科学運用が回復した。
• 初期ミッション段階において、光学系、機器系、指向系が想定通りに機能し、運用コンセプトの妥当性が検証された。
• 20,000時間以上の観測時間が利用可能であり、そのうち32％が保証時間として割り当てられ、残りは世界の天文学コミュニティが競争的提案を通じて利用可能である。
• 2010年5月に開催されたミッション初期成果シンポジウムでは、約200件の科学的発表と約150件の最終受容論文が発表され、高い科学的生産性が示された。