4-dimensional wavefront reconstruction for laser-tomography adaptive optics

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本研究では宇宙望遠鏡を凌駕する可視波長域で0.04秒角以下の高空間分解能観測を実現するために、複数のレーザーガイド星とトモグラフィ技術を用いて大気揺らぎを3次元的に測定・補正するレーザートモグラフィ補償光学(LTAO)の性能をさらに向上させる波面推定手法の開発を行う。限られた波面センサーの情報から時間変化する大気揺らぎの影響を高精度で推定するために、これまでの空間3次元に加えて大気揺らぎの時間変化の性質を利用した４次元的な波面推定手法を開発し、すばる望遠鏡用に開発が進められているレーザートモグラフィ補償光学装置での実証を行う。初年度となる2022年度では、主に大気揺らぎの時間変化を調査するための波面センサーデータの取得を行なった。データ取得には、すばる望遠鏡用に開発が進められているLTAO用の波面センサーの試作機と、ハワイ観測所と東北大学の共同で開発された大気揺らぎプロファイリングシステムを用いた。この波面センサー試作機は32x32の副開口を持つシャックハルトマン波面センサーで、すばる望遠鏡で運用されているレーザーガイド星を観測して、その光の波面を400Hzの速度で測定する。試作機は2021年の5月から2022年の11月まですばる望遠鏡の赤外ナスミスプラットフォームで運用された。2022年度は4月と11月の計2回試験観測を行い、波面揺らぎの時系列データを取得した。一方で大気揺らぎプロファイリングシステムは、地表付近の大気揺らぎの高さ分布を非常に細かい高さ分解能で測定することができる。大気揺らぎプロファイリングシステムはすばる望遠鏡の可視ナスミスプラットフォームに設置され、2022年中に計2回のデータ取得を行なった。今後は2022年度の取得した様々なデータから大気揺らぎの時間的変化の特徴を調査し、波面推定手法の開発に進めていく。