Development of wide-field and fast wavefront sensor of adaptive optics system for monitoring of solar system planets

• Project/Area Number: 19H01941
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: Okayama University of Science
• Principal Investigator: Watanabe Makoto 岡山理科大学, 理学部, 准教授 (10450181)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2019: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 光赤外線天文学 / 補償光学 / 波面センサ / 惑星観測

Outline of Research at the Start

地上からの惑星観測では地球大気のゆらぎによって惑星からの光の波面が乱され解像度が劣化し、高解像度のデータが取れない。我々はこれまで大気ゆらぎをリアルタイムに補正して高い解像度で惑星観測を行うための補償光学装置を開発してきたが、現状では惑星像全体を十分な解像度に補正するには惑星像上における波面測定点の間隔が密でなく、かつ測定点数が不十分であり、大気ゆらぎの時間変化に十分に追従するには補正速度も不十分である。そこで今回補償光学装置の波面センサの視野を惑星像全体をカバーできるよう、これまでの約3倍に広視野化し、かつセンサのデータ取得速度を約3倍に高速化することで、補償光学装置の補正性能を向上させる。

Outline of Final Research Achievements

We are developing a new wide-field and fast wavefront sensor of our multi-conjugate adaptive optics (MCAO) system for monitoring of the solar system planets. The new wavefront sensor has a three times wider field of view and three times faster data acquisition speed than those of the current sensor. It can take the entire image of the planet at once, and therefore could increase the number of data points for wavefront measurements in field and arrange them more densely. It also enables the system to correct wavefront fast enough to follow variation in atmospheric turbulence. This upgrade would improve the correction performance of our MCAO system largely. We are going to do the closed-loop tests of this MCAO system in laboratory and the test observations on the telescope.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

惑星の大気構造の生成メカニズムの解明には惑星を高解像度でモニター観測する必要があるが、地上観測では地球大気のゆらぎによって惑星からの光の波面が乱され解像度が劣化し、必要なデータが取れないという問題がある。本研究で開発している惑星観測用補償光学装置によって、0.4秒角という探査機にほぼ匹敵するほど高い解像度で、惑星全体の大気の運動を連続的かつ高い観測効率でモニター観測可能となる。また、本研究で提案する広視野波面センサによる多層共役補償光学系は同じく広がった観察対象である生物細胞や網膜観察の顕微鏡用補償光学装置への応用も期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Development of multi-conjugate adaptive optics system for monitoring of solar system planets (2020)
  • Author(s): Watanabe Makoto、Oya Shin、Goda Shuhei、Nakamoto Jumpei、Teraji Keisuke、Ishikoso Hiroaki、Morisada Shouta、Kamakari Hiroshi R.、Mizukose Fuka、Yamane Hiromasa、Sagisaka Kanta、Yokoyama Masaru、Kawabata Koji S.
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE Volume: 11448 Pages: 298-298
  • DOI: 10.1117/12.2561196
• [Presentation] MASSとDIMMによる大気揺らぎ高度プロファイル計測 (2022)
  • Author(s): 渡邉 誠
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第42回年次大会
  • Invited
• [Presentation] 惑星モニター観測用MCAOの波面センサの広視野化・高速化計画 (2021)
  • Author(s): 渡邉 誠
  • Organizer: 第15回補償光学研究開発のための情報交換会
• [Presentation] Development of multi-conjugate adaptive optics system for monitoring of solar system planets (2020)
  • Author(s): Makoto Watanabe, Shin Oya, Shuhei Goda, Jumpei Nakamoto, Keisuke Teraji, Hiroaki Ishikoso, Shouta Morisada, Hiroshi R. Kamakari, Fuka Mizukose, Hiromasa Yamane, Kanta Sagisaka, Masaru Yokoyama, Koji S. Kawabata
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2020 (Online)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 惑星観測用補償光学系の開発の進捗状況(4) (2019)
  • Author(s): 渡邉誠, 寺地慶祐, 石社裕章, 水小瀬ふうか, 山根大昌, 大屋真, 川端弘治
  • Organizer: 日本天文学会2019年春季年会
• [Presentation] 惑星モニター観測用MCAOの開発の進捗状況：実験室における閉ループ試験について (2019)
  • Author(s): 渡邉誠
  • Organizer: 第13回「補償光学研究開発のための情報交換会」
• [Presentation] 惑星モニター観測用MCAOにおける波面測定用表面模様の配置に対する補正性能の見積方法 (2019)
  • Author(s): 寺地慶祐
  • Organizer: 第13回「補償光学研究開発のための情報交換会」
• [Presentation] 惑星モニター観測用MCAOにおける最小平均二乗誤差推定による波面再構築と波面測定誤差の影響 (2019)
  • Author(s): 石社裕章
  • Organizer: 第13回「補償光学研究開発のための情報交換会」