Pathfinding of high-precision radial-velocity measurement: from direct measurement of Universe's expansion history to spectroscopy of terrestrial planets

高精度径向速度测量的探路：从宇宙膨胀历史的直接测量到类地行星的光谱学

• 批准号: 22H00151
• 负责人: 松尾 太郎
• 金额: $ 25.29万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00151/
• 关键词: 太陽系外惑星; 高安定分光; 高分散; 視線速度法; 分光器; 安定性; 高分散分光; 分光測光; 可視光; 指向計測

本研究は、望遠鏡の指向擾乱に対して原理的に無依存である瞳分光の安定性に着目して、太陽型星周りの地球型系外惑星の探査や宇宙加速膨張の直接計測を可能とする、視線速度法の高精度化を実現するものである。本方式の原理は、2022年にApJより出版されている。初年度は、瞳分光器の基礎的な評価と、視線速度精度を決定づける分光測光精度の測定のためのテストベッドの構築が目標である。ここで事前検討により、視線速度精度100万分の10（10 parts-per-million: 10 ppm）が到達できれば、数cm/sの精度の実現が可能であるため、10 ppmの安定性が評価できるテストベッドの構築が要求される。まず、光学定盤上で可視光の瞳分光器を構築することに成功し、予想通りの波長帯域・波長分解能が得られていることを確認した。さらに、数l/D (l: 波長、D: 口径)の指向擾乱を瞳分光器に導入し、瞳のスペクトルの形状や位置が変化しないことを確認した。従来の焦点分光では、その位置が点回折像の大きさの数倍程度の変化が起こるのに対して、本研究の瞳分光器は点回折像の100分の1以下の変化に収まっていることが分かった。瞳分光器の安定性を特徴づける、指向擾乱に対して検出器上の像の位置や形状が無依存であることを実験的に確認できたことになる。次に、常温・常圧下での分光測光精度の評価において、光源の光量変化が測定精度を1000ppm程度に制限するため、光源の光量変化が測定精度に影響を与えない工夫をテストベッドに施した。その結果、30分の計測時間であるものの、ほぼ10 ppmの分光測光精度を達成していることを確認した。以上より、初年度に設定した二つの目標を達成できたと考える。

This study focuses on the independence of telescope pointing disturbance principle, stability of pupil spectroscopy, possibility of direct measurement of Earth-type extrasolar stars and cosmic acceleration expansion, and realization of high accuracy of line-of-sight velocity method. The principle of this method was published in April 2022. In the early years, the basic evaluation of the pupil spectrometer, the determination of the accuracy of the line of sight, the measurement of the accuracy of the spectrophotometry, and the construction of the target. The accuracy of visual velocity is 100,000 (10 parts-per-million: 10 ppm), so it is possible to achieve the accuracy of several cm/s. The construction of a visible light pupil spectrometer on an optical disk was successful, and the wavelength domain and wavelength resolution were confirmed. In addition, the number l/D (l: wavelength, D: aperture) of the directional disturbance of the pupil splitter is introduced, and the shape and position of the pupil are changed. In this paper, the position of the focal beam splitter is changed to several times the size of the point reflection image. The pupil splitter in this study is changed to 100 minutes or less. The stability of the pupil splitter is characterized by the position and shape of the image on the detector. In addition, the evaluation of spectroscopic accuracy at room temperature and normal pressure, the limitation of measurement accuracy of 1000ppm due to the variation of light source, the influence of measurement accuracy due to the variation of light source, and the application of time. The results, the measurement time of 30 minutes, and the spectroscopic accuracy of 10 ppm were confirmed. The above is the first year to set two goals.

项目成果

赤外線宇宙干渉計（SEIRIOS）のための観測手法の考案とミッション機器の設計

设计红外空间干涉仪（SEIRIOS）的观测方法并设计任务设备

• 发表时间: 2022
• 作者: 松尾 太郎;五十里 哲;近藤 宙貴;太田 峻介;原 健介;山室 智康;中須賀 真一
• 通讯作者: 中須賀 真一

Development of a high-precision spectrograph for diffraction-limited coronagraphs

开发用于衍射极限日冕仪的高精度光谱仪

• DOI: 10.1117/12.2629324
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proc. of SPIE
• 作者: Ota;S.;Matsuo;T.;Itoh;S.;Kano;T.; Ikeda;Y.;Kojima;R.;Sukegawa;T.;Nakayasu;T.;Koyama;M.;Sumi;T.;Yamada;T.
• 通讯作者: T.

The Japan-United States Infrared Interferometry Experiment (JUStIInE): balloon-borne pathfinder for a space-based far-IR interferometer

日美红外干涉测量实验（JUStIInE）：用于天基远红外干涉仪的气球载探路者

• DOI: 10.1117/12.2629426
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proc. of SPIE
• 作者: David Leisawitz;Taro Matsuo;Gregory Mosby Jr.;Peter Ade;Rachel Akeson;Dale Fixsen;Qian Gong;Hidehiro Kaneda;Stephen F. Maher;Lee G. Mundy;Shunsuke Ota;Gioia Rau;Elmer Sharp III;Toru Shimokawa;Johannes Staguhn;Carole Tucker;Gerard van Belle
• 通讯作者: Gerard van Belle

宇宙赤外線干渉計ミッションSEIRIOS実現に向けた高精度な光路長制御手法

实现空间红外干涉仪任务的高精度光路长度控制方法SEIRIOS

• 发表时间: 2022
• 作者: 近藤 宙貴;五十里 哲;松尾 太郎;中須賀 真一
• 通讯作者: 中須賀 真一

NASA Ames Research Center(米国)

NASA 艾姆斯研究中心（美国）