小惑星の位置合わせとグリッドの応用

寺薗　淳也( 日本スペースガード協会 BATTeRS プロジェクト /( 財 ) 日本宇宙フォーラム )

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クレーンで吊り下げられて運ばれる 1m 望遠鏡の架台 (2001.12)

観測施設整備の背景• 近年、「宇宙のゴミ」 ( スペースデブリ ) の数が激

増し、人類の宇宙活動に対する脅威となりつつある

• また、小惑星の地球への衝突は、人類文明を一瞬にして破壊してしまう、潜在的な可能性を秘めている。

直径 10km の小惑星が衝突すれば、恐竜絶滅時とほぼ同じような事態になり、人類文明は存続の危機に立たされる。

大きさ 10cm 以上のデブリだけでも 9000 個以上、もっと小さなデブリは無数に存在していると確かめられている。 mm オーダ以下のデブリでも、船外活動中の宇宙飛行士に当たれば、致命的なダメージを与える。

宇宙からの脅威を見張る設備が必要 !

小惑星・デブリ等観測施設の整備

• 平成 10 年度から 6 年計画で、岡山県に観測施設を整備。• 光学設備 ( 望遠鏡 ) による監視施設 ( 美星スペースガードセ

ンター＝ BSGC) と、電波 ( レーダ ) による監視施設 ( 上斎原スペースガードセンター＝KSGC) の 2 つの施設を整備。

• 旧科学技術庁の特別電源所在県科学技術振興事業補助金を利用し、 ( 財 ) 日本宇宙フォーラムが施設整備を実行。

• 平成 13 年度 (2001 年度 ) までに光学施設 (BSGC) は整備完了し、現在運用段階。また、レーダ施設 ( ＝ KSGC) については、平成 15 年度 (2003 年度 ) までに整備完了予定。

美星スペースガードセンター• 口径 1m 、 50cm 、 25cm の 3 種類の光学望遠鏡によ

り、主に地球近傍小惑星、及び人工衛星やスペースデブリの光学観測を行う。

• 観測は、宇宙開発事業団から ( 財 ) 日本宇宙フォーラムが委託を受け、 NPO法人日本スペースガード協会が実施。

中央のドームが大型観測棟 (1m 望遠鏡 ) 、奥側のスライドルーフに、 50cm 望遠鏡と 25cm 望遠鏡がある。手前はラベンダー畑。右手奥は町立美星天文台。

1m望遠鏡• 小惑星やデブリ観測の主力となる望遠鏡。• カメラには 10 個の CCD がモザイク上に配列され、視野角

3° という広い範囲を同時に撮像することが可能。

焦点モード カセグレン焦点、合成 F＝約 3

視野直径 3度角最大追尾速度 赤経・赤緯 1° /sec以上架台方式 フォーク式赤道儀CCDカメラ 視野直径約 160mm

2000× 4000ピクセルの CCDを 10個使用CCD温度 　観測時 -100℃

1m望遠鏡左…据えつけが完了した 1m望遠鏡 (2001.12)

下… CCD カメラを取りつけた 1m 望遠鏡 (2002.2)

CCDカメラ

2000×4000ピクセルの領域を持つ高感度 CCD を 10枚使用。

50cm望遠鏡

↑1m 望遠鏡用ドームと 50cm 望遠鏡　　　　　 50cm 望遠鏡及びＣＣＤカメラ→

これまでの状況• 2001 年 4月より、 50cm 望遠鏡、及び 25cm 望遠鏡によるテスト観測

を開始。 2000 年 10月には、 BSGC初の地球近傍小惑星発見 (2000UV13) 。

• 2001 年 11月に新たな彗星を発見。現在、 BATTERS彗星 (C/2001W2)として登録。

• 2001 年 12月に 1m 望遠鏡の設置完了。• 2002 年 1～ 2月にかけて CCD カメラを設置。現在テスト観測中。 • 100 以上の新小惑星を発見。フォローアップ

観測も実施。• MUSES-C 計画の候補天体である、 1998

SF36 の光度曲線観測を実施 (2001.2)• 現在、 6名の観測者が常駐し、観測を行う。

BATTERS彗星発見時の画像→

BSGCのデータ処理

データの流れデータの流れ• データ量が非常に多い。 1m 望遠鏡の稼働時に出力されるデータ量は一晩

で数十 GB にも及ぶ。• データはまず、 BSGC内のサーバに蓄積される。必要な解析をローカルに

行うか、画像をそれぞれの機関にダウンロードしてそこで解析する。• 美星町が所有する光ファイバー網から岡山ギガビットネットワーク (TAO)

を経由し、倉敷芸術科学大学を通じインターネットに接続。 (最大 622Mbps)

• 約 3TB のネットワークディスクをセンター内に用意。現在、データベースシステムの整備中。

データ公開のポリシーデータ公開のポリシー•内部ユーザは、観測データへのフルアクセスが可能。観測直後のデータなどについてもアクセスすることができる。

•一般の人を含め、その他のユーザについては、データ発生後 2週間で公開を行う。 (この 2週間というタイミングは、他の科学データに比べても非常に早い )

データアーカイブ検索システム

• 観測場所や観測対象など、いろいろなパラメータでデータの絞り込みが可能。

• データを分割して、あるいは全体でダウンロードすることができる。

• 複数データの一括ダウンロードが可能。

• データは (自動的に )圧縮されてダウンロードされる。

美星スペースガードセンターのデータアーカイブシステムトップページ

インターネット経由でデータの検索、ダウンロードなどができるシステムを現在構築中。このシステムの特徴は次の通り。

教育プロジェクト

• BSGC で得られた観測データを利用した「国際小惑星監視プロジェクト」を実施した (2000 年 12月～ 2001 年 3月 )

• このプロジェクトは、主に中学・高校生を対象とした教育用のアウトリーチプログラムだが、プログラムは一般の人々にも配布された。これを利用して、一般の人も多数応募し、一緒に小惑星探しを行った。

• このプロジェクトを実施するため、小惑星発見用のソフトウェア「アステロイドキャッチャー B-612 」を新たに開発した。このプログラム自体は、当時の BSGC のネットワーク回線が非常に細かったことを考慮して CD-ROM形態で配布された。

本格稼働への準備

• 現在は、小惑星の判定については、観測者がパソコン画面上でのブリンキングによって判別している。

• しかし、 1m 望遠鏡が本格的に稼働したら、データ量からみてとても間に合うものではない。

• そのため、ブリンキングを自動的に行い、小惑星を自動発見するためのソフトウェアを開発中。

小惑星の自動判定小惑星の自動判定

データ様式の検討 (FITSヘッダ )データ様式の検討 (FITSヘッダ )

• 観測データは、天文分野で一般的な FITS というフォーマットで出力されるが、このヘッダの仕様を決めることが、観測データの迅速な流通には不可欠。

• FITSヘッダの様式などについて、望遠鏡の仕様なども考慮しながら検討中。

小惑星の同定処理

CCD から出力されてきたデータを分割

画像補正(Flat field， thermal， bias の各補

正 )WCS を計算

星像の検出、移動天体ピックアップ

同定方法については現在検討を進めているところであるが、大体の処理の流れは以下の通り。

データ処理に必要とされる能力

• これらの同定処理を、リアルタイム、ないしは準リアルタイムで行うとすると、かなりの CPUパワーが必要。

– 少なくとも、所内のネットワークを使ったグリッド処理で、かなり解決できる部分がある？

– 汎用性や効率性も考えなければならない。その意味からもグリッド技術を応用するのが最適。

• 大容量のデータを蓄積し、それを送信する技術も必要。– ネットワーク速度はいくらあっても足りないが、システム内部で限界

が来るなら、ネットワークアーキテクチャで克服するしかない。– グリッド技術を応用して、並列的なデータサーバのアーキテクチャを組めると魅力的。

グリッド技術の応用範囲として

• 広い範囲に分散しているディスクを、ネットワーク経由で 1 つのストレージとしてまとめ上げるような技術。 (ネットワーク経由での LVM のような概念 )

– 内部ネットワークであれば、ストレージを 1 つの単位で管理できる。また、ディスクの追加や交換も極めて簡単。

– 外部ネットワークであれば、たとえば、ディスクが余っている組織のディスク領域を ( 一時的に )借りるなどして、柔軟なディスク構成が組める。

• 並列ネットワークのアーキテクチャ– あえてグリッド技術といわないまでも、現存する技術を組み合わせ

ることによって克服できるか？– 1 つのデータを並列で送受信することで、スピードが速くなること

は確か。問題はそれをどのように実現するか…。

今後の予定

• システムのさらなる整備1m 望遠鏡からのデータが出はじめるのに合わせて、システムのチューンアップ、総合性能の向上を行う。

• 小惑星同定アルゴリズムの検討、実装プログラム作り、テスト、そして実運用へ。

• 定常運用体制へテスト観測から、定常的な観測へ。小惑星検出やデータ整理など、定常作業をできる限り自動化し、観測に集中できる態勢を整える。

• 他プロジェクトとの連携フォローアップ観測などを通じた連携を。