Faculty Profiles - HIRAHARA, Yasuhiro

Presentations -

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SPICA 搭載中間赤外線観測装置:ESA 審査に基づく概念検討・設計の進捗 International coauthorship

大薮進喜, 金田英宏, 和田武彦, 石原大助, 長勢晃一, 内山瑞穂, 伊藤哲司, 國生拓摩, 平原靖大, 前嶋宏志, 笠羽康正, 坂野井健, 鈴木仁研, 中川貴雄, 松原英雄, 山岸光義, Shiang-Yu Wang, 大山陽一, 他 SMI コンソーシアム

2020年秋季日本天文学会 2020.9.10

ALMA で検出された木星衛星イオの二酸化硫黄噴火ガス

古賀亮一, 平原靖大, 鈴木達也, 土屋史紀, 坂野井健

2020年秋季日本天文学会 2020.9.8

High-contrast imaging of planetary and satellite atmospheres by the 1.8 m off-axis PLANETS telescope International conference

JpGU-AGU Joint Meeting 2020 2020.7 Japan Geoscience Union, American Geophysical Union

惑星大気高分散分光観測のための近赤外分光器ESPRITの開発 International conference

神原歩、坂野井健、鍵谷将人、笠羽康正、大友綾、平原靖大

2020.7

ひさき衛星とALMAで観測されたイオの火山活動と大気・イオプラズマトーラスの関係 International conference

古賀亮一、平原靖大、鈴木達也、土屋史紀、鍵谷将人、坂野井健、木村智樹、吉川一朗、吉岡和夫、村上豪、山崎敦

2020.7

SPICA/SMI搭載中間赤外線 Immersion grating : 材料選定のための極低温でのCdZnTeの透過率測定

前嶋宏志, 松本光生,平原靖大,中川貴雄,和田武彦,⻑勢晃一, 大藪進喜,鈴木仁研,國生拓摩, 金田英宏,伊藤良太,石川大智

2020年春季日本天文学会

Event date： 2020.3

Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)

Venue：筑波大学 Country：Japan

我々は，中間赤外線高分散分光観測 (9.6-18 µm ,R = λ/∆λ > 29, 000) の実現のため，次世代赤外線天文衛星SPICA の観測装置 SMI への搭載を目指した Immersion　grating(IG) の開発を進めている．IG は回折面を高屈折率 n の材料で満たした回折格子で，同じ波長分解能の古典回折格子に比べ 1/n サイズに小型化できる．IG 材料は吸収係数が小さい必要があり (< 0.01 cm−1)，CdZnTe が中間赤外線用 IG の材料候補である (Sarugaku et al.　2017)．特に常温では，高抵抗型 CdZnTe(> 1010 Ωcm) は吸収係数が小さいが，低抵抗 CdZnTe(∼ 102 Ωcm) は吸収係数が大きい．この違いは自由キャリア由来の吸収によるものだと考えられている．そのため IG 使用環境の極低温では，自由キャリアの凍結による吸収係数の低下が予測され，低抵抗 CdZnTe でも IG 材料の可能性がある．
極低温での低抵抗/高抵抗 CdZnTe の吸収係数を調べるため，(1) 収束光 FT-IR 測定と (2) 波長 10.42 µm の平行光量子カスケードレーザーでの透過率測定を行なった．高屈折率の厚いサンプルのため，収束光実験 (1) では焦点ずれによる系統的な誤差が生じうる．実験 (2) は単一波長測定だが，焦点ずれによる誤差がない．この 2 つの実験の組合わせで，高確度で吸収係数を推定する．現在，低抵抗 CdZnTe は極低温における吸収係数の増大を確認した．これは自由キャリア吸収の予測に反しており，低抵抗CdZnTe は極低温 IG 材料として不適である．一方で，高抵抗CdZnTe は極低温において吸収係数の増加は見られず，極低温 IG 材料として有望である．

SPICA 搭載中間赤外線観測装置 SMI のフェーズ A の技術開発の進捗

磯部直樹, 和田武彦, 金田英宏, 國生拓摩, 鈴木仁研, 平原靖大, 大薮進喜, 芝井広, 笠羽康正, 坂野井健, 石原大助, 大坪貴文, 中川貴雄, 長勢晃一, 松原英雄, 山岸光義, Shiang-Yu Wang, 大山陽一, 他 SMI コンソーシアム

2020年春季日本天文学会

Event date： 2020.3

Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)

Country：Japan

中間赤外線観測装置 SMI は、次世代赤外線天文衛星 SPICA に搭載される三つの焦点面観測装置の一つであり、波長 λ = 12–36 µm の中間赤外線の観測を担当する。SMI は、低分散分光器 LR (R = λ/∆λ = 50–150, λ = 17–36µm), 中分散分光器 MR (R = 1300–2300, λ = 18–36 µm), 高分散分光器 HR (R > 29000, λ = 9.6–18 µm) の三つの分光器で構成され、LR は広視野カメラ CAM (中心波長 λ = 34 µm, 視野 10′ × 12′) と同時に観測を行う。
日本の主要大学、宇宙科学研究所、ASIAA(台湾) などからなる SMI コンソーシアムが、SMI の開発を担当する。SMI コンソーシアムでは、2021 年春の ESA Cosmic Vision M5 の最終選抜に向けて、主要技術要素の開発を進めている。光学系については、ESA の技術検討で得られた望遠鏡デザインに対して、SMI 光学設計の最適化を行っている。光学素子については、自由曲面鏡, LR 用大型 KRS-5 プリズム, 30 µm 帯の光学フィルターなどについて、試作と光学特性の評価を進めている。HR 用の CdZnTe イマージョン回折格子については CdZnTe 素子の透過率測定を行い、高抵抗の素子が HR の要求を満たすことが明らかになった (前嶋他の講演)。検出器については、主に Fast Mapping 観測の効率向上を目指し、1K × 1K Si:Sb 検出器の極低温読み出し回路の低雑音化を進めている。昨年度までの概念検討で低雑音化の方法についてはめどが立っており、今年度中に詳細設計と試作を
完了する予定である。本講演では、以上のような SMI のフェーズ A の技術開発活動について報告する。

1.8m 軸外し望遠鏡 PLANETS の主鏡支持構造の開発状況

鈴木駿久，鍵谷将人，坂野井健，笠羽康正，平原靖大，栗田光樹夫

2020年春季日本天文学会

Event date： 2020.3

Language：English Presentation type：Poster presentation

Venue：筑波大学 Country：Japan

口径 1.8 m の軸外し望遠鏡である PLANETS (Polarized Light from Atmospheres of Nearby Extra-Terrestrial Systems) は，東北大学がハワイ大学や独キーペンハウアー太陽研究所等との国際協力のもと開発を進めており，ハワイ・ハレアカラ観測所への設置を最終目標として 2020 年末に日本でファーストライトを迎える予定である．中央掩蔽物のない円形開口を有する低散乱の光学系を特徴を生かして，太陽系内惑星や衛星近傍の大気・プラズマ発光を観測対象の一つに挙げている．本公演では，京都大，名古屋大と共同で開発を進めている望遠鏡の主鏡支持構造の設計・製造・機能検証結果について報告する．主鏡は直径 1.85 m，質量 510 kg，最大厚さ 100 mm のCLEARCERUM-Z HS である．2020 年 1 月から始まる最終研磨を控え，鏡面誤差 1.55 µm RMS まで整形されている．主鏡の軸方向支持構造には 36 点支持の whiffletree を採用する．また，whiffletree に板バネとリニアモーターからなる warping harness を組み合わせることにより，各支持点の支持圧を自由度 33 で能動制御する．この軸方向支持機構は，望遠鏡を運用時のみならず主鏡最終研磨段階でも用いることで，鏡面誤差のうち大きな空間スケールの誤差を減少させて研磨時間とコストの削減に繋げる．我々は最終研磨を行う前に，この支持構造の性能検証を有限要素法により行った．Zernike 多項式の 10 項までの形状は，基本的に約 20%以下の誤差で再現可能であった．また、現在の主鏡の鏡面誤差をどの程度まで下げることができるかシミュレーションを行った結果，現在の鏡面誤差は 1.55 µm から 0.66 µm RMS まで抑えることができた．これにより，研磨により取り除く鏡材の総体積を 70%減少させることができる見込みである．

中間赤外線冷却中空ファイバーの開発 I

伊藤良太,平原靖大,横山裕二,松浦裕司,片桐崇史,中川広務,笠羽康正,山崎敦

2020年春季日本天文学会

Event date： 2020.3

Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)

Venue：筑波大学 Country：Japan

我々は、マウイ島ハレアカラ山頂に建設予定の 1.8m 軸外し型グレゴリアン式望遠鏡 PLANETS(Polarized Light from Atmospheres of Nearby Extra-Terrestrial Systems) に、N-band(波長 7.5–13.5µm) 全域を観測域とする高分散 (λ/∆λ40,000) 冷却エシェル分光器GIGMICS(Germanium Immersion Grating Mid-Infrared Cryogenic Spectrograph) を搭載することで、中間赤外域での惑星大気の連続的な観測を目指している。
本研究では、GIGMICS を PLANETS に搭載・運用するための新型のファイバーの開発について報告する。従来は波長 3 μ m より長波長の領域では透過効率が低い (< 70%/m)AgS 多結晶ファイバーのみであったが、近年、東北大学医工学研究科において開発された中間赤外線中空ファイバーは、内径 1mm 程度のチューブ内面に、波長 10 μ m 近辺で高反射率となる金属と誘電体の 2 層薄膜を内装した構造を持つ新しいデバイスで、医療関連での応用がされつつある。
本研究では、中空ファイバーの伝送効率の向上 (˜95% /m) のための液体窒素冷却構造の開発と、冷却時の透過率の測定結果について報告する。直径 12mm、長さ 1.5m のフレキシブルな 3 重管に、ポリイミド外皮、直径0.8mm の Ag/AgI 中空ファイバーを保持し、端面を直径 2mm の AR コート Ge 窓を接着した SMA コネクタで終端した。˜10−2Pa に真空減圧ののち、液体窒素を流入して 77K に冷却のうえ、波長 10.4µm、˜5mW の量子カスケードレーザー光を f/20 で導入したところ、透過率が 10 ％程度上昇した。この結果は銀 (Ag) の薄膜の低温における電気伝導度、および中空ファイバー内の光の伝搬に関するドルーデモデルと整合的である。

1.8m 軸外し望遠鏡 PLANETS による高コントラスト観測：現状と展望

坂野井健, 鍵谷将人, 鈴木駿久, 笠羽康正, 小原隆博, 秋山正幸, 平原靖大, 栗田光樹夫

2020年春季日本天文学会

Event date： 2020.3

Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)

Venue：筑波大学 Country：Japan

1.8m 口径軸外し望遠鏡 PLANETS (Polarized Light from　Atmospheres of Nearby Extra-Terrestrial Systems)は，ハワイ大学他との国際共同プロジェクトであり，軸外し主鏡を用いた低散乱光学系による高コントラスト観測に特長を持つ。望遠鏡は視野 6 ’（F13）のグレゴリアン焦点を持ち，主鏡は直径 1850 mm・厚さ 100 mm のClearceram Z-HS である。これにより木星衛星エウロパプルームや火星電離層等の明るい本体近傍の微弱発光を観測する。このためには，本体近傍（数秒角未満）の微弱な発光（輝度比 10−3～10−6）を捉える性能が必要である。本研究ではフーリエ光学シミュレーションにより，火星電離圏やエウロパプリューム観測における信号光と散乱光を見積もり，観測成立性を定量的に評価した。現在，whiffletree を用いた主鏡保持機構やトラス式経緯台架台の開発を進めており，今後約 1 年以内に国内において主鏡の最終研磨を実施する。さらに，架台を組み上げてファーストライトを達成し，望遠鏡の技術実証を行う。PLANETS 望遠鏡による高コントラスト観測は，太陽系天体の変動現象のみならず，系外惑星，星周円盤，遠方宇宙にあるクェーサーや活動銀河中心核周りの母銀河を精度良く観測することに発展できる。

H2O スノーライン検出を目指すSPICA高分散分光観測シミュレーション International conference

中川貴雄, 前嶋宏志, 松本光生, 和田武彦, 磯部直樹, 石原大助, 野津翔太, 森昇志, 野村英子, Inga Kamp, 本田充彦, 平原靖大、金田英宏, SPICA SMI チーム

2020年春季日本天文学会

Event date： 2020.3

Language：Japanese Presentation type：Poster presentation

Venue：筑波大学 Country：Japan

惑星系の構成の構築には、水の凝縮境界領域に相当する H2O スノーラインが重要な役割を荷っている。しかし、その位置の理論的予測にはまだ不定性が大きい（本年会における森らの講演)。したがって、スノーライン位置を観測的に決めることは、惑星系形成理解のための重要課題である。本講演では、原始惑星系円盤における H2O スノーラインを、SPICA による中間赤外線高分散分光観測で観測するための要求とその実現性について議論する。
原始惑星系円盤においてスノーラインを検出するためには、中心星からの放射の影響を受ける円盤表面ではなく、H2O の凝縮が起こる円盤赤道面付近における H2O の分布を調べる必要がある。野津ら (本年会講演) は、アインシュタイン A 係数 (放射係数) が小さく (∼ 10−6 − 10−3 s−1) 、励起エネルギーが比較的高い (∼ 1000 K)H2O 輝線を用いることにより、円盤赤道面付近での H2O が観測できることを、理論計算により示した。円盤赤道面付近でのガス運動の主要成分がケプラー回転であるとすると、ガス輝線の視線速度観測から、H2Oガスの分布、そしてスノーラインの位置を同定できると期待される。その実現可能性を、観測シミュレーションにより検討した。スノーライン近傍でのガスの運動速度(vgas) は、中心星の質量をM とすると、vgas ∼ 15 km/s (M/M⊙)−1/4程度になると予想される。この速度成分を同定するためには、R = λ/∆λ ≥ 25, 000 の波長分解能、および波長方向にナイキスト・サンプリングの 1.5 倍以上のサンプリングを持つことが必要であることが分った。これらの条件は、SPICA 搭載観測装置 SMI の高分散分光チャネル (HR) で実現される見込みである。

Development status of PLANETS telescope main mirror support system for observing planetary atmosphere

Toshihisa Suzuki,Masato Kagitani,Takeshi Sakanoi,Yasumasa Kasaba,Yasuhiro Hirahara

Event date： 2019.10

Language：English Presentation type：Oral presentation (general)

Country：Japan

PLANETS (Polarized Light from Atmospheres of Nearby Extra-Terrestrial Systems) telescope is a 1.8m off-axis telescope,which is developed by Tohoku University and international collaboration with Hawaii, Germany, Brazil. It is going to be installed in Japan in 2020, and it is aimed that it will be transferred to Haleakala observatory, which is one of the world's best astronomical observation sites. The main target of PLANETS telescope is faint atmosphere and plasma emission near bright body, such as plume of Europa and Enceladus, Io volcanic eruption and torus, atmospheric escape of Mars and Venus. To perform these observations, it is necessary that diffraction and scattering light is effectively decreased and it gets a good contrast between bright body and faint emission. PLANETS telescope is one of the biggest off-axis telescopes performing in night time, and there is no obstacle of secondary mirror and spider in the light path. The off-axis design enables us to observe high contrast observation. Moreover, to understand such atmospheric and plasma phenomena, long-time continuous monitoring observation is essential, so PLANETS telescope can be continuous observation because it is own instrument. In this presentation, we report development status of main mirror support system which is important to be high contrast observation.

ALMAアーカイブデータ解析による木星衛星イオの二酸化硫黄大気の火山噴火成分の検出

古賀亮一, 鈴木達也, 平原靖大, 土屋史紀, 鍵谷将人, 坂野井健

地球電磁気・地球惑星圏学会

Event date： 2019.10

Language：Japanese Presentation type：Poster presentation

Venue：熊本市国際交流会館 Country：Japan

木星衛星イオは太陽系で最も火山活動が活発な天体であり、SO2 を主成分とした数 nbar の希薄大気を形成している。
イオの大気の生成は主に火口から直接噴出すること、及び表面に降り積もった SO2 霜が太陽の光で温められて昇華することが考えられている。SO2 大気は 30 時間程度で解離し、イオトーラスのプラズマと弾性衝突することで一部がイオの
重力圏外へと散逸する (大気スパッタリング)。これまでは木星影をイオが横切るときの観測 [Tsang et al., 2016] 等によって、イオの大気形成は昇華が支配的とされていた。一方、2015 年にイオ重力圏外への散逸した Na や O の増加のイベントが報告されている [Yoneda et al., 2015; Koga et al., 2018]。この散逸ガスを増やすメカニズムはまだ未解明であるが、イベントを引き起こした要因として火口からの直接噴出による外気圏高度の上昇と、それに伴う大気スパッタリングが起こる面積の拡大が考えられる。この仮説の検証において、噴火で放出された大気成分を直接検出することは重要である。
ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) は高空間・波長分解能をもつ電波干渉計であり、2017 年のイオ観測時ではビームサイズ約 0.36 秒角 (イオは約 1.0 秒角), 波長分解能 0.21 km/s を達成している。本研究では、2017 年 3月 20 日のイオが木星陰に入る直前 (10:02-10:09) の観測のアーカイブデータ (project code: 2017.1.00670.S) を解析した。
もし、イオの大気が昇華のみで生成されている場合、太陽天頂角が高く表面が温まりやすい赤道周辺のみに SO2 は集中するはずである。しかし、観測結果のマップ (添付図) から、SO2 は赤道周辺だけでなく、北半球の高緯度にも分布することが分かった。また、赤道周辺の領域のスペクトルはピークに対称な形をして、線幅が狭かった (半値全幅 0.57 km/s)。一方、高緯度の領域のスペクトルはピークに非対称で、線幅が広い (半値全幅 0.93 km/s) 特徴があった。イオの大気は十分薄いため、スペクトルの線幅がドップラー広がりに起因するとすると、赤道周辺の SO2 大気の温度は 445 K、高緯度で 950 K となった。これらの温度は過去の観測で推定されている昇華大気温度 (130-180 K) と比べて有意に高い。大気の圧力勾配力による視線方向に垂直な速度成分の大気の大規模運動が線幅を広げていると考えられる。しかし、この運動では赤道周辺と高緯度の温度の違いを説明できない。本研究では高緯度の領域の大気は昇華大気を含んだ低速の成分と高速で火口から噴出される成分で構成されていると考え、二つのピークをもつガウス関数で観測スペクトルをフィッテイングした。その結果、低速成分と火山噴出成分の速度差は 0.58 km/s、発光強度比は 6:1 であった。また、線幅はそれぞれ半値全幅 0.76 km/s, 0.42 km/s であった。高緯度の領域の低速成分の線幅が赤道周辺の線幅より広い理由として、火口からの直接噴出ガスが周辺の大気を温めていること、火口周辺の方が赤道周辺より大気の密度勾配が大きく、風速が大きくなっていることが考えられる。

大学規模の太陽系地上観測所、その将来計画：東北大の場合

笠羽康正,坂野井健,鍵谷将人,平原靖大,三澤浩昭,熊本篤志,土屋史紀,村田功,中川広務,木村智樹,小原隆博,岡野章一,Zarka P

地球電磁気・地球惑星圏学会

Event date： 2019.10

Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)

Venue：熊本市国際交流会館 Country：Japan

東北大は、1974 年の木星電波放射観測施設の開設以来、小規模ながら太陽系天体の地上観測能力を擁し、国内外の惑星ミッション群へ参画し随時・継続的な支援観測を行ってきた。現在、光赤外ではハワイ・ハレアカラ山頂 60cm 光赤外・40cm 光学、電波では福島県飯舘 VHF 帯 30m(IPRT) の各望遠鏡を中核とする。
将来に向け、オフセット・グレゴリアン型のユニークな構造を持つ 1.8m PLANETS 光赤外鏡（国内では名大・京大、国外ではハワイ大他と共同）の建設中、欧 LOFA(低周波電波干渉計) 拡張としてパリ天文台が Nancey 観測所で進めるNenuFAR 計画への参画検討中である。この太陽、惑星・衛星群、小天体群、そして系外惑星への高頻度/任意 timing の観測能力向上に対し、国内コミュニティからのご参加・ご支援を希望する。

High dynamic-range observation using a low-scattered light telescope PLANETS: design and feasibility study

Masato Kagitani,Takeshi Sakanoi,Toshihisa Suzuki,Yasuhiro Hirahara,Yasumasa Kasaba

Event date： 2019.10

Language：English Presentation type：Poster presentation

Country：Japan

High dynamic-range (HDR) observation is one of the key technique to reveal composition, distribution and dynamics of plasma and neutrals in the vicinity of planets and their moons in our solar system, e.g. water plumes on Europa and Enceladus, volcanic plumes on Io, escaping plasma and neutrals from Venus and Mars, and so on. A low-scattered light telescope, PLANETS (Polarized Light from Atmospheres of Nearby Extra-Terrestrial Systems) would be an 1.8-m off-axis telescope on Mt. Haleakala, Hawaii under collaboration with Japan, USA, Germany, Brazil, and France. The off-axis optical system enables us to achieve HDR measurements without diffraction by support structure of secondary mirror. We present feasibility study of monitoring water plumes on Europa, neutral torus close to Enceladus, and ionosphere on Mars using PLANETS telescope.
To test feasibility of HDR under actual condition of wavefront error was made which includes by an optical system as well as by atmospheric turbulence, modeling the propagation of light though the system was made based on Fraunhofer (far-field) calculations with help from PROPER library (Krist 2007). The optical system consists of an entrance pupil (1.85 m), primary mirror, a deformable mirror, an occulting mask, a Lyot mask on a pupil, and a detector on image plane. We gave wavefront error made by atmospheric turbulence (Fried length is 25 cm for best 10% seeing condition) and the optical system represented with power spectral density. Then, dynamic range of point spread function was calculated for several cases of surface roughness of the primary mirror, 1 to 8 nm r.m.s., and number of control points for active wavefront compensation by a deformable mirror, 7 to 24. Finally we calculated brightness distribution of background continuum, and derived signal-to-noise ratio for each observing target assuming expected brightness and band-width of spectroscopy. For O2+ 561 nm and N2+ 391 nm emissions from Martian ionosphere and O 630 nm emission from Enceladus torus, sufficient signal-to-noise ratio is expected for 2-hour integration by employing wavefront compensation with 7x7 deformable mirror and small roughness of primary mirror, 2-nm r.m.s. Whereas for O 630 nm emissions from water plumes on Europa, wavefront compensation by 24x24 deformable mirror is needed to achieve sufficient signal-to-noise ratio for 2-hour integration.
We also present latest design of the telescope structure. The most part of the telescope structure is reuse of prototype of Kyoto 3.8-m telescope (Kurita and Sato, 2009) which employs commercial truss component for architecture. The structure is characterized by its light-weight and high-stiffness. The primary thin mirror (100 mm thick on edge) is supported by 36 points from bottom. The support structure is under examination by comparing an active support using force-control actuators against whiffle-tree with warping harnesses which both enable to compensate low-frequency wavefront error of the primary mirror. Latest design of the telescope as well as support structure of primary mirror will be presented.

中間赤外線中空ファイバーの低温環境下での透過率測定

伊藤良太,平原靖大,松浦祐司,高見康介,中川広務,笠羽康正,山崎敦

地球電磁気・地球惑星圏学会

Event date： 2019.10

Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)

Venue：熊本市国際交流会館 Country：Japan

多様な太陽系惑星・衛星の大気物理・大気化学の諸現象を観測的に明らかにする目的で、我々は、マウイ島ハレアカラ山頂に建設予定の 1.8m 軸外し型グレゴリアン式望遠鏡PLANETS(Polarized Light from Atmospheres of Nearby ExtraTerrestrial Systems) に、赤外線領域の「大気の窓」である N-band(波長 8-13um) 全域を観測域とする高分散(R˜40,000) 冷却エシェル分光器 GIGMICS(Germanium　Immersion Grating Mid-Infrared Cryogenic Spectrograph) を搭載することで、中間赤外域での惑星大気の連続的な観測を目指す。
　本研究では、GIGMICS を PLANETS に搭載・運用するための新型のファイバーの開発について報告する。従来、波長2.5um までの短波長赤外域の通信バンド用シングルモード光ファイバーが存在し、欧州火星着陸機 ExoMars Mission2020
搭載機器に採用されているが、波長 3um より長波長の領域では透過効率が低い (70%/m 未満)AgS 多結晶ファイバーのみであった。近年、東北大学医工学研究科において開発された中間赤外線中空ファイバーは、内径 1mm 程度のチューブ内面に、波長 10um 近辺で高反射率となる金属と誘電体の 2 層薄膜を内装した構造を持つ新しいデバイスであり、炭酸ガスレーザー光の高効率伝送や、生体内の分光計測に応用されつつある。我々はこの中空ファイバーの特性を活かした新た
な天文観測装置の開発や将来の惑星探査機器の開発を目指し、低温・真空環境での中空ファイバーの透過率の評価に取り組んでいる。
　本研究では、ポリイミドパイプの内面の薄いガラス材をAgI でコートした金属 (Ag) をクラッドした内径 0.8mm の中空ファイバーを用いた。反射層に金属が用いられているため、冷却環境下では抵抗率低下に伴う低損失化が期待される。そこで、多重真空を保持するためにウィルソンシールを開発し、更に (1) ファイバー内の真空の保持 (2) 液体窒素による冷却 (3) 真空断熱による低温の維持、の 3 つを満たすファイバー冷却機構を製作した。ファイバー導入部分数か所に Pt-100 温度センサーを取り付け、液体窒素ポンプシステムを用いた冷却試験を行ったところ、冷却開始後 10 分で 2mの距離内が均一に 78K に到達した。また、液体窒素の流量自動調節機構を製作し、20L の液体窒素で長時間の冷却保持が可能となった。このファイバーについて低温での透過率測定を行うため、波長 10.4um の QC レーザー (Daylight 社製Unicorn II, 100mW CW) を光源とし、1mm X 1mm の検出器 (Vigo Systems 社製 PVMI-4TE 光電型 MCT 検出器) を用いた測定用光学系を構築した。光学系に用いる QC レーザーは、長時間の測定においておよそ 5%のビーム強度の揺らぎがあることがわかった。今後、Ge ハーフミラーを使ったダブルビーム光学系を構築し、入射赤外光の逐次強度較正を行えるようにし、高い精度の中空ファイバーの透過率測定を行う。

ALMAアーカイブデータを用いたイオの大気供給源の推定

鈴木達也、平原靖大、古賀亮一、坂野井健

惑星科学会秋季講演会

Event date： 2019.10

Language：Japanese Presentation type：Poster presentation

Venue：京都産業大学 Country：Japan

木星の衛星イオの希薄な大気の起源について、ALMA望遠鏡(Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array)のアーカイブデータの解析と、その結果を解釈するための数値シミュレーションの結果についての報告と考察を主な内容とする。鈴木達也君は、イオが木星の影から脱出した時期、および木星の影へ突入する時期に観測された3つのスペクトルデータを詳細に解析し、
SO2分子やSOラジカルの空間分布とその時間変化を明らかにした。また、これらの分子種の単純な昇華モデルシミュレーションを行い、解析結果の定量的な評価を行った。2016年にはイオの火山活動は静穏期にあり、SO2はイオ表面の霜の日照による昇華による供給が支配的であること、また一方で2018年の観測期間では火山噴火に起因することが判り、時期による変動が起きていることを明らかにした。

Evaluation and optimization of optical hollow fiber and rectangular hollow waveguide coupler as applications of future mid-infrared heterodyne spectrometer International conference

Kosuke Takami, Hiromu Nakagawa,akashi Katagiri, Oleg Benderov, Yasuhiro Hirahara, Yasumasa Kasaba, Alexander V. Rodin, Isao Murata, Shin Tamura, Takeshi Sakanoi,

SPIE conference on Ground-based and Airborne Telescopes VII

Event date： 2018.6

Language：English Presentation type：Poster presentation

Venue：Austin Convention Center Austin, Texas, United States Country：United States

Optical fibers can improve instrumental stability and operability. Ag-coating hollow fibers developed by Tohoku University are proposed to achieve enough high transmission (Matsuura, 2017). We propose these hollow fibers are inserted in MIR heterodyne spectrometer. Single mode transmission was confirmed with hollow fibers. We also propose new rectangular hollow waveguide couplers for beam division and mixture. The simulations and experiments of slab couplers confirmed to divide beam. We will also develop the rectangular hollow waveguide coupler for beam mixture. The feasibility of optical fibers and waveguide is as key components of future MIR heterodyne spectrometer.

Development of infrared Echelle spectrograph and mid-infrared heterodyne spectrometer on a small telescope at Haleakala, Hawaii for planetary observation International conference

Takeshi Sakanoi, Jeff Kuhn, Svetalana Berdyugina, Marcelo Emilio, Masato Kagitani, Yasuhiro Hirahara, Hiromu Nakagawa, Yasumasa Kasaba, Takahiro Obara, Shoichi Okano

SPIE conference on Ground-based and Airborne Telescopes VII 2018.6.11

Event date： 2018.6

Language：English Presentation type：Oral presentation (general)

Venue：Austin Convention Center Austin, Texas, United States Country：United States

We report the current status of small-telescope activities and the 1.8-m aperture telescope PLANETS project at Haleakala dedicated to planetary and exoplanetary observations. Continuous monitoring is essential to understand the planetary atmospheric phenomena, and therefore, own facilities with even small- and medium sized telescopes and instruments are important. On the summit of Mt. Haleakala, Hawaii, we are operating a 40 cm (T40) and 60 cm (T60) telescopes for measuring faint atmospheric features such as Io torus, Mercury, and so on. It has uniquely provided long-term Io torus activities for more than ten years. T60 is now observing planetary atmospheres in visible and infrared ranges. The polarization imager DIPOL-2 is also installed to measure the weak polarization of exoplanetary light. In addition, we are carrying out a 1.8-m off-axis telescope project PLANETS at Haleakala. This project is managed by the PLANETS Foundation (www.planets.life) is an international collaboration of several institutes from Japan, USA, Germany, Brazil, and France. This off-axis optical system enables very low-stray light contamination and high-contrast in data, i.e., "high dynamic range". It will achieve unrivaled scientific capabilities on coronagraphy and polarimetry, aimed at detecting exoplanet reflected light and tenuous planetary exo¬atmospheres in the Solar system. The main mirror is Clearceram Z-HS with a diameter of 1850 mm, which is now on the final polishing process. We completed the telescope design and wind analysis of the mechanical support and tracking. The "split¬ring" mount is so stiff that it has a first vibration mode above 50 Hz.

Evaluation of optical fiber for MILAHI and Verification of the retrieval method for wind and temperature in Venusian mesosphere

Kosuke Takami, Hiromu Nakagawa, Hideo Sagawa, Pia Krause, Shohei Aoki, Yasumasa Kasaba, Isao Murata,Yasuhiro Hirahara,Oleg Benderov, Takashi Katagiri

Society of Geomagnetism and Earth. Planetary and Space Sciences

Event date： 2017.10

Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)

Country：Japan

We have developed the Mid-Infrared LAser Heterodyne Instrument (MILAHI) attached on Tohoku University 60 cm diameter
telescope at Mt. Haleakala. The instrument had been recently upgraded with a fast Fourier transform spectrometer of 2.5 GHz
range. The test observation of this upgraded instrumentation was conducted against Venus in May, 2017. We also started the
test of MIR fiber optics in collaboration with Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT) for the future development
of the instruments on lander, orbiter and ground-based observations . Fiber technology has the advantages for reduction of mass
and size due to simplification of optics, and simplification of the light path alignment. In addition, it is also enable us to observe
several wavelengths due to easy reconnection of multiple laser sources, and to retrieve the physical parameters in several altitudes
due to observations of absorption in different optical thickness. The optical fibers for near-IR had well developed and will be
implemented for the instrument on ExoMars platform (Rodin et al., 2015). The optical fibers for MIR are more challenging
because of its low transmission. Furthermore, smaller core diameter is needed to transmit single-mode for heterodyne system.
The MIR fibers developed in Tohoku University are Ag-covered hollow fibers with inner and outer diameter of 1 and 1.6 mm,
respectively. High transmission of laser source with loss rate less than 0.5 dB/m could be achieved by this large core size. We
also confirmed the single-mode transmission with small numerical aperture due to diminishment of other modes. In this study,
we discuss the feasibility of the MIR fibers as a key component of future MIR heterodyne spectrometer.

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<HIRAHARA, Yasuhiro>

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