2021 Fiscal Year Research-status Report
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 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 – 2023-03-31
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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 / 観望用望遠鏡 |
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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本研究の根幹である。
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作業を行い、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
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
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て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るので、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可能になる。
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。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が、人間の視覚が最も敏感な中間の波長では非常に細かな調整が必要であることが判明し、作業に想定以上の手間が必要となっているが、太陽スペクトルの丁寧な調査により最適な値が得られつつある。
また、ぐんま天文台150cm望遠鏡の低分散分光器GLOWSの整備を行い、教材・資料を作成するための材料となる様々な天体からの白黒のスペクトルデータを獲得するための環境も計画どおり整備している。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。これまでは、非常に明るく表示される展示用の太陽スペクトルを用いて色彩を再現する手法を検討してきたが、対象の明るさによって色彩の印象が異なったり、波長分布で短い波長側の紫や長波長側の赤く見える両端部における色彩の微妙な変化を定量化することが困難であったりすることなど、解決すべき課題はまだ少なくない。個人差による視覚上の再現性の違い、作業を実施する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調査も必要である。これらの問題を考慮しながら、最適な解を導きだす予定である。
また、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、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を随時実行する。この観測で得られる分光データは白黒の形式で記録されるが、本研究で確立された波長-色彩関係を用いて処理し、再構成することによって、視覚に一致した自然な色合いのカラー画像を提供することが可能になる。このような分光画像の資料を、接眼分光器を用いた実際の学習・教育活動の現場で利用し、その有効性を客観的に評価・検討する。そこで得られる結果は次の実践への改良と反映させ、より効果的でより汎用な活用が可能な手段としての発展させる。
なお、資料・教材として用いられる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多い。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ある。また、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も小さくないことが判明しており、様々な環境における有効性についても精査する予定である。
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| Causes of Carryover |
異なる環境にある様々な天文台の多様な望遠鏡を用いて、本研究で開発した接眼分光器の試作機の性能や有効性の確認と具体的な教育プログラムの実践を調査する計画であったが、主にウィルス感染の影響で外部に出かけることが困難になってしまった。国際会議や学会などでの発表や議論の機会も奪われることとなったため、旅費や外部での活動に準備していた予算を執行することができなかった。
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