2004/01/23 (ISAS/JAXA) SPICA WG · 系外惑星 の探査 宇宙 ... 結晶/非晶質...
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SPICA計画望遠鏡: 3.5m, 4.5 K
JWST(20-40K), HSO(80K)Core λ: 5-200 μm軌道候補 S-E L2 Halo放射冷却+冷凍機冷媒なし
Total Weight: 2.6 tTotal Power: 2.5kWLaunch
2010 年代初頭HIIA
SPICAの果たす役割宇宙の進化の歴史ー現代天文学の目標銀河の誕生と進化
星と惑星系の誕生と進化
物質の輪廻
SPICAが焦点をあわせるものはなにかSPICAで狙うサイエンス研究会
2003/12/15,16 国立天文台にて114名の参加、29講演
SPICAでは何を狙うのか
観測装置への要求はなにか
多くの高解電離輝線と透過力
ダストの吸収の影響をさけて電離領域の物理量を詳しく調べることができる[NeIII]15.6/36.0 [SIII] 18.7/33.5
[ArIII] 8.99/21.8
[NeII]12.8 [NeIII]15.6,
[ArIII]8.99 [ArII] 6.99
[SIV]10.5 [SIII] 18.7
系外惑星の探査-木星型惑星
自身で熱放射しているものなら検出可能年齢10億年程度まで
検出できれば、分光による分析他の検出法ではできない
PSFのきれいな望遠鏡
コロナグラフ(+分光)SPICA検出限界
宇宙鉱物学-物質の輪廻
AGB stars
Diffuse Interstellar Medium
Dense Cloud
SNe SNeShock
Star Formation
星間ダストダスト形成 破壊
鉱物:組成・非晶質/結晶
氷の付着
宇宙鉱物学
鉱物的特長から惑星形成を解明する
手にとって調べる天体観測での追求
隕石、IPD、
サンプルリターン
彗星、太陽系内天体
系外惑星形成現場の観測結晶/非晶質
組成
我々の太陽系の成り立ちの追及
惑星系の形成の一般論
5-200μmでの高分散分光と高解像撮像
SPICAで狙うサイエンスの今後SPICAにおけるLegacy Programはどんなもの?それぞれのフィールドでの検討が必要
観測装置への要求をまとめていくべき撮像と分光(計画当初からの標準的リスト)コロナグラフ with 分光機能(計画当初から)高分散分光への要求(2003 SPICA WS)
短波長への要求JWST、地上巨大望遠鏡に勝ち、SPICA Legacyたりうるものは何か
冷却方法: 効率的な放射冷却+機械式冷凍機
Mirror
Baffle
FPI
TelescopeTube
Shield #1
Shield #2
Shield #3
Sun Shield
Bus Module
4.5K Stage Cooler
Conduction
Radiation
1.7 K Stage Cooler
Stressed Ge:Ga
20K Pre-coolerBus MLI
Sun Shield MLI
CryocoolersStirling Cooler (Precooling)
200 mW @ 20 Ksimilar to those onboard ASTRO-F
JT Cooler (1) To cool Telescope and MIR instrument30 mW @ 4.5 K similar to those onboard SMILES
JT Cooler (2) To cool FIR instrument10 mW @ 1.7 K Under development
Stirling Cooler
→ Ok !
ASTRO-F
Goal: 200 mW @ 20 KWorking for more than 3 years !To be flight-proven in 2004
JT Cooler (1) Developed for SMILES(Superconducting Submillimeter-wave Limb-emission Sounder)
Goal: 30 mW @ 4.5 KWorking for more than 8,000 hours !To be flight-proven in 2005
→ OK !
今後の開発計画
「原理実証モデル」から「搭載可能モデル」へ
平成15年度(搭載方式の確立)構成の単純化(後段2段の一体化)冷却能力の向上(Stirlingの能力向上)
平成16年度(搭載モデルの検証)高信頼性化
振動対策
低温対策
軽量望遠鏡
二つのグループでの競争的検討
軽量化の実現
ミラー材料 SiC vs C/SiC低剛性ミラーの多点補正方式は捨てた
重力のかかる地上での実証
冷却に伴う歪みの対策、検証
2004年にdown selection
中間・遠赤外検出器開発状況
128x128クラスの画像センサーが欲しい!2-5[um] InSb or MCT 入手性良(Raytheon/Rockwell)
412x512 for ASTRO-F1Kx1K or 2Kx2K for JWST
5-26[um] Si:As 入手性良(Raytheon)412x512 for SUBARU1Kx1K or 2Kx2K for JWST
-38[um] Si:Sb(DRS)128x128 for SST
遠赤外域(40-300um)の検出器開発が急務
検出器開発
保守的、確実な道
ASTRO-Fからの延長Photoconductor arrays
新しいテクノロジーへの挑戦
Ge:XX BIBGaAs photoconductor
ISASで進行中
• ASTRO-F/FIS5x20 pixels Ge:Ga monolithic5x15 pixels stressed Ge:Ga
•• CRE readout noise limitedCRE readout noise limitedNEP~10^(-17) W//√√HzHz
•• heat power ~ 10heat power ~ 10μμW/pixel
ASTRO-F Photoconductor arrays
monolithic Ge:Ga
W/pixelstressed-Ge:Ga
GaAs photoconductorISAS, Tokai Univ.GaAs photoconductor
Higher mobility than GeLonger wavelength ~300 um
In-house growth of LPE GaAsPurity: currently Nd~Na~10^14 cm-1ηG ~ a few 10^-5 for 50um-thick GaAs layer
expected: Nd~10^14cm-1, Na~10^13 cm-1200um thick layer → ηG ~ 0.1NEP ~ 10^(-17) W/rHz would be achieved in 1 year
開発状況
1.5K1NA-17 (expected)
GaAs
2K--19~-18
(expected)Waveguide Ga:Ga
0.7K9
1000 in a year-16
-17 (expected)STJ
0.3K1-22~-21Quantum dot
0.1K
0.1K
0.3K
2K
temperature
10000-17
-19 is possibleTES
(SCUBA2, SPIRE)
1-20
(expected)Superconducting HEBKinetic inductance
2000-17~-18
-19 is possibleSemiconductor bolometers
1000
(100)
-18
(-17)
Ge:Ga
(ASTRO-F)
# of pixelsLog(NEP)
体制、予算
従来の科学衛星の枠組みを越える
宇宙開発委員会・長期計画に合致…数年に一度の大型科学衛星…
Community からの強いサポートが必要スペース、地上の枠組みを越えた長期計画将来ミッション、計画へのつながり(JTPF, JELT)
宇宙三機関統合効果を活かしたい科学ミッションへの様々な可能性
国際ミッション
SPICAに対する強い関心国際会議 (2000年、2004年)他のミッションとの協力観測協力 JWST, HSO技術協力 SAFIRE, SPECS
SPICA 国際協力韓国 (KAO, Seoul National University)近・中間赤外線観測器
米国 (JPL)遠赤外線分光器、検出器
UK (Cardif Univ., RAL)遠赤外線観測器
Netherlands (SRON)検出器