Development of education materials of spectral image data for the intuitive understanding of astrophysical spectroscopy with the use of the spectroscopic eyepiece system
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20K03244
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 09080:Science education-related
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| Research Institution | Gunma Astronomical Observatory |
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Principal Investigator |
田口 光 群馬県立ぐんま天文台, その他部局等, 研究員 (20356132)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋本 修 群馬県立ぐんま天文台, その他部局等, 研究員 (20221492)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | 天体物理学 / 恒星物理 / 分光スペクトル / 公開天文台 / 観察用望遠鏡 / 観望用望遠鏡 / 接眼分光器 / 天体分光学 / 科学教育 / 公共天文台 |
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| Outline of Research at the Start |
観望用の大型望遠鏡に接眼分光器を用いた天体スペクトルの眼視観察は、分光観測を基礎とした天体物理学の本質の直観的な理解に非常に有効であることがわかっている。そのような教育プログラムをより効果的なものとするため、天体スペクトルにおける波長と色覚との関係を正確に再現する手法を確立し、これを用いて人間の視覚と一致したリアルなスペクトル画像を印刷物や映像としてより正確に再現できる資料を作成する。ぐんま天文台150cm望遠鏡の低分散分光器GLOWSの改良を行い、資料の基となる観測データを取得するとともに、具体化した画像資料を用いた教育プログラムの実践とその評価を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
天体の客観的な物理情報は分光観測によるスペクトルの分析から得られることが一般的であり、分光観測は天体物理学を理解し実践するうえでの重要な基礎となっている。初学者にとってその理解は必ずしも容易ではないところが難点であるが、天体のスペクトルやその色は視覚的に印象的であるため、これらを自らの視覚で体験することができれば、天体物理学における分光学的研究が持つ本質的な意味をより直観的かつ正確に理解することが可能になる。
人間の眼は暗い対象に対して色を検知する能力が著しく低下する。しかし、大型望遠鏡の集光力を活用すれば、天体の色のみならず、分光スペクトルのかなり詳細な特性までを視覚的に検知することが可能になる。本研究では、独自に開発した接眼分光器を眼視観望が可能な大型望遠鏡で利用し、天体の分光観測にもとづく天体物理学の基礎を視覚を通じて直観的に学べる効果的な教育手段を確立することを目指している。そこでは、予め取得してある天体スペクトルの例を印刷物や計算機のモニタなどで表示する資料や教材の活用が有効であり、人間の視覚に寄り添ったリアルなスペクトル画像を再現する手法を確立することが作業の根幹となる。
デジタルカメラなどで撮影したスペクトルのカラー画像では人間の眼でみた色調とは感覚的な隔たりが大きいため、スペクトルの各波長における見かけの色彩を波長の関数として定量的に決定する調査を行い、波長に対する強度の分布、即ち白黒の形で記録された多くのスペクトルデータを用いて視覚に即した正確な色彩の分光画像として再構成する作業を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
特定の波長の光に感じる人間の色覚を再現するため、天体の観測と観察を通じて、波長の関数として色彩を定量的に決定する作業を実施してきた。分光器を用いた天体観測で得られるスペクトルは、一般に波長に対する強度の分布として白黒の形で記録されている。波長-色彩の関係を確立することができれば、白黒のスペクトルを視覚に即した正確かつ自然なカラー画像として再現することが可能となり、デジタルカメラなどによって記録された画像よりも遥かにリアルな画像資料を教材として提供することができる。
これまで、ぐんま天文台の太陽望遠鏡によって提示される大きく広がった展示用の太陽スぺクトル像を用いて波長ごとに色彩を再現する手法を探ってきた。スペクトル中に見られる吸収線の位置から波長を同定し、様々な波長で実際に視覚される色彩を忠実に再現する色の三原色の割合を波長の関数として決定する作業を実施している。三原色の混合割合を変化させながら様々な色調を表現できる小型の表示器を導入し、実際の太陽スペクトルと比較を行いながら試行錯誤で三原色の割合の最適値を探り当てている。しかし、紫に見える短い波長や赤く見える長い波長部分では波長による色彩の変化は小さいものの人間の視覚が最も敏感な中間の波長域では非常に細かな調整が必要であるなど、想定以上に複雑な取り扱いと調整が必要であることが判明し、作業は予定よりも難航している。
一方、ぐんま天文台150cm望遠鏡の低分散分光器GLOWSなどの整備は順調に進んでいる。GLOWSの波長分解能と波長域は接眼分光器とほぼ一致しているため、接眼分光器で観察した際に見えるスペクトルを再現する最適なデータが得られるようになっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度も太陽望遠鏡の分光像を用いた波長-色彩関係の調査をさらに継続し、より再現性に優れた変換方法を確立させる予定である。展示用の太陽スペクトルは大変明るいため、そこで再現される色彩は対象の明るさによって印象が異なるうえ、短い波長側の紫や長波長側の赤く見える両端部では明るさに応じて色彩の微妙な変化があるため、その色彩を定量化するためには解決すべき困難な課題が多く残っている。加えて、個人差による視覚上での色彩の再現性の違いや、PCやモニターのハードやソフトウェアの特性が色彩の再現へ与える影響などの詳細な調査も必要である。
実際の資料・教材として用いる様々な分光画像を作成するために、150cm望遠鏡と低分散分光器GLOWSを用いて多種多様な天体に対する分光観測も並行して実行する。この装置から得られる白黒の分光データを、本研究で導かれた波長-色彩関係によって処理し、視覚に一致した自然な色合いでの分光カラー画像を提供することを目指す。最終的には、これらの資料を、接眼分光器を用いた実際の学習・教育活動の現場で利用できるように整理し、直ちに利用できるような教材として提供する。また、そのような教材を用いた実践から、さらなる調整と改良を行い、より効果的でより汎用で効果的なものとして完成させる。
また、自然な色彩として再現された様々な天体の分光画像は印刷物のほか、タブレットや計算機のモニターなどに表示されることも想定されるが、望遠鏡を用いての観察は暗い環境である一方、座学や事前事後の学習などでは明るい環境で実施されることがほとんどである。モニターの発色や使用するソフトウェアの違いによる影響なども想定され、様々な環境でのより確実な可能性を追求する。
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Report
(3 results)
Research Products
(16 results)
