月の自転軸のゆらぎを通して中心核の物性をしらべるための月面望遠鏡の開発

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22340128
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 花田 英夫 国立天文台, RISE月探査プロジェクト, 准教授 (60132677)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒木 博志 国立天文台, RISE月探査プロジェクト, 助教 (10290884) ; 松本 晃治 国立天文台, RISE月探査プロジェクト, 准教授 (30332167) ; 野田 寛大 国立天文台, RISE月探査プロジェクト, 助教 (10353426) ; 佐々木 晶 国立天文台, RISE月探査プロジェクト, 教授 (10183823) ; 日置 幸介 北海道大学, 理学研究科, 教授 (30280564)
• Keywords: 月 / 回転変動 / 中心核 / 月面望遠鏡 / PZT

Research Abstract

回折レンズを用いた対物レンズが月面で使用できる見通しを前年度に得たことを受けて、平成23年度はその対物レンズの光学的な性能をいろいろな条件で調べ、1ミリ秒角の星像中心位置決定精度を実現するのに問題無いことを光線追跡シミュレーションで明らかにした。調べた内容は、太陽光の漏れ込み(迷光)の影響、望遠鏡内の種々の光学素子の表面での反射によるゴーストの影響、回折レンズ固有の不要次数光の影響の3種類である。迷光については、信号対雑音比を減少させることによる星像位置決定精度の劣化と、検出器上の背景光に勾配を生じることによる星像位置にずれを生じる二つの影響が考えられるが、前者については、信号対雑音比の条件から許される迷光の強度が入射光の10-10以下となり、それを満たすために、約30cmの長いフードと、鏡筒内面の反射率を1%以下にするという条件が必要であることを示した。後者については、両端の差が、頂上の高さの約0.1%以下であれば問題無いことがわかった。
ゴーストと不要次数光の影響については、許容値に対して桁違いに小さく、全く問題無いことがわかった。
もう一つの重要な結果は、望遠鏡の底部に設置され、水平基準の反射面となる水銀皿が、外部の振動に励起されて面振動を起こし、最悪の場合は、星像位置を目標精度の約1000倍変化させる可能性があることが明らかになったことである。月面では地上と比べて、振動レベルは二桁以上小さいことが知られているが、地上での性能試験にも影響するので、面振動の特性を明らかにし、補正方法を確立することが重要な課題である。振動の特性については、普通の干渉計では振動面の歪みを測定できないが、ダイナミック干渉計を用いることによって振動面の歪み、その時間変化を測定することが可能となった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

回折レンズを用いた対物レンズと、補償光学の傾斜補償の導入によって、月面環境で1ミリ秒角の精度を達成できる望遠鏡の性能特性を明らかにし、目標精度を達成するための環境条件を明らかにするという目標に対して、シミュレーションによって、回折レンズを用いた場合の望遠鏡の特性を調べ、望遠鏡として目標精度を達成できる条件を明らかにしたが、傾斜補償については、その原因となる水銀皿の振動特性を測定する予備実験までを平成23年度に行った。もう一つの目標である、理論的な月のモデルを用いて、月の流体核、内核のパラメータの変化と月の物理秤動との関係を明らかにすることに関しては、物理ひょう動の解析理論を用いて、2年間の月の回転変動の観測から、潮汐ラブ数を通して流体核の有無を推定できる可能性があることを示した。

Strategy for Future Research Activity

平成24年度は、水銀面の振動をダイナミック干渉計で測定し、理論モデルと比較しながら、面振動の特性を明らかにし、補償光学の適用の可能性、方法を検討し、光線追跡シミュレーションによって、達成精度を推定する。それ以外の部分については、月面対応PZT望遠鏡の試作機として完成させ、地上観測から、回転変動の観測精度を検証する。

Research Products

• [Journal Article] Development of a digital zenith telescope for advanced astrometry (2012)
  • Author(s): Hanada, H., H. Araki, S. Tazawa, S. Tsuruta, H. Noda, K. Asari, S. Sasaki, K. Funazaki, A. Sato, H. Taniguchi, M. Kikuchi, T. Takahashi, A. Yamazaki, J. Ping, N. Kawano, N. Petrova, N. Gouda, T. Yano, Y. Yamada, Y. Niwa, Y. Kono and T. Iwata
  • Journal Title: Science China (Physics, Mechanics & Astronomy) Volume: 55 Pages: 723-732
  • DOI: doi: 10.1007/s11433- 012-4673-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 月面環境模擬試験(3)-検証実験- (2011)
  • Author(s): 鶴田誠逸, 花田英夫, 田澤誠一, 浅利一善
  • Journal Title: 第31回天文学に関する技術シンポジウム2011集録 Pages: 21-24
• [Presentation] Research activities in Japan for the precise measurement of the lunarrotation and tide-LLR and ILOM (2012)
  • Author(s): Araki, H.
  • Organizer: Third Workshop on Theory and Model for the New Generation of the Lunar Laser Ranging Data
  • Place of Presentation: 国際宇宙科学研究所(スイス)
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] Development of a Small Digital Telescope for Observations of Lunar Rotation (2012)
  • Author(s): Hanada, H., S.Tsuruta, H.Araki, S.Tazawa, K.Asari, H.Noda, Y.Ishihara, K.Matsumoto, S.Sasaki, K.Funazaki, A.Satoh, H.Taniguchi, H.Kato, M.Kikuchi, K.Murata, Y.Itou, K.Chiba, H.Wakamatsu, N.Gouda, T.Yano, Y.Yamada, Y.Niwa, N.Petrova, A.Gusev, J.Ping, N.Kawano, T.Iwata, K.Heki
  • Organizer: The 6th KAGUYA (SELENE) Science Working Team Meeting (SWTM6)
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県)
  • Year and Date: 2012-01-12
• [Presentation] ILOXA望遠鏡の模擬月レゴリス上での沈み込み実験 (2012)
  • Author(s): 鶴田誠逸, 花田英夫, 浅利一善, 田澤誠一
  • Organizer: 宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAM宇宙科学研究所(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-01-05
• [Presentation] 月面天測望遠鏡(ILOM)の光学性能と駆動性能の評価 (2011)
  • Author(s): 花田英夫, 荒木博志, 田澤誠一, 鶴田誠逸, 野田寛大, 浅利一善, 松本晃治, 佐々木晶, 船崎健一, 佐藤淳, 谷口英夫, 加藤大雅, 菊池護, 村田孝平, 伊藤陽介, 千葉晄太, 若松宏史, 岩田隆浩
  • Organizer: 日本測地学会第116回講演会
  • Place of Presentation: 高山市民会館(岐阜県)
  • Year and Date: 2011-10-28
• [Presentation] Development of a Small Telescope for Observations of Lunar Rotation (2011)
  • Author(s): Hanada, H., H.Araki, S.Tazawa, S.Tsuruta, H.Noda, K.Asari, Y.Ishihara, K.Matsumoto, S.Sasaki, K.Funazaki, A.Satoh, H.Taniguchi, H.Kato, M.Kikuchi, K.Murata, Y.Itou, K.Chiba, H.Wakamatsu, N.Petrova, A.Gusev, N.Gouda, T.Yano, Y.Yamada, Y.Niwa, J.Ping, N.Kawano, T.Iwata, K.Heki
  • Organizer: Astro Kazan 2011
  • Place of Presentation: カザン大学(ロシア)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-29
• [Presentation] Lunar gravity and rotation measurements by Japanese lunar landing missions (2011)
  • Author(s): Sasaki, S., H.Hanada, H., Noda, F.Kikuchi, H.Araki, K.Matsumoto, T.Iwata, S.Goossens, H.Kunimori, T.Ootsubo
  • Organizer: 28th International Symposium on Space Technology and Science (28th ISTS)
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター(沖縄県)
  • Year and Date: 2011-06-07
• [Presentation] 次期月探査計画における月面天測望遠鏡(ILOM)の開発-光学系と駆動系の評価 (2011)
  • Author(s): 花田英夫, 田澤誠一, 荒木博志, 鶴田誠逸, 野田寛大, 浅利一善, 佐々木晶, 松本晃治, 船崎健一, 佐藤淳, 谷口英夫, 加藤大雅, 菊池護, 高橋友恵, 山崎厚武, 村田孝平, 岩田隆浩, 日置幸介
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2011-05-22