彗星のメタン分子重水素比の初測定による原始太陽系円盤赤道面の物質輸送過程の解明

通过首次测量彗星中甲烷分子的氘比，阐明原始太阳系盘赤道面的质量传输过程

• 批准号: 21H04498
• 负责人: 河北 秀世
• 金额: $ 26.62万
• 依托单位: Kyoto Sangyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04498/
• 关键词: 彗星; 近赤外線高分散分光; 原始惑星系円盤; イマージョン回折格子; 近赤外線高分散分光器

本研究では、彗星コマ中のメタン重水素体による極めて微弱な輝線の初検出を目指し、波長3μm帯における最高感度の地上近赤外線高分散分光観測を実現するため、独自開発のイマージョン回折格子を用いた新しい近赤外線高分散分光器を開発する。2021年度は、光学系設計、クライオスタット設計、二次元赤外線検出器の低温読み出し試験、イマージョン回折格子の常温での分光性能評価、を行った。光学系設計について、波長分解能を当初計画から2倍高い値に仕様変更して光学設計をやり直し、開発済みのイマージョン回折格子を用いてその波長分解能を達成できる設計解を得た。この変更により一度に観測できる波長域は狭まるものの、目的とする輝線強度の測定精度が向上する。この変更は、ESAの彗星探査機Rosettaの質量分析計による最新の報告を受けて、分子同定のために波長域を広くとる必要が減じたことによる。クライオスタット設計について、京都産業大学神山天文台荒木望遠鏡(口径1.3m)のカセグレン焦点に設置可能な設計解を得た。非常にコンパクトであり、他の中型、大型望遠鏡へも無理なく移設、設置が可能となっている。温度解析により光学系や赤外線検出器を十分に冷却可能であることも確認している。二次元赤外線検出器の試験について、Teledyne社製H1RG(5.3μmカットオフ)を温度約60Kまで冷却した状態で光への応答を測定した。その結果、仕様値通りのリニアリティが出ていることを確認した。イマージョン回折格子の評価について、分光系を模擬した光学系にインストールし、結像性能評価と波長分散測定を常温で行った。ここで光源には波長可変赤外線レーザー、検出器には非冷却型のPbSe二次元赤外線検出器を用いている。少なくとも波長分解能R>80,000(検出器のピクセルサイズによる測定限界)を達成し、設計通りの回折次数が得られていることを確認した。

在这项研究中，我们的目标是首次探测彗星彗发中由甲烷氘引起的极弱发射线，并使用专有的浸没式衍射光栅实现最高灵敏度的地面近红外高色散光谱观测。开发新型近红外高色散光谱仪。 2021财年，我们进行了光学系统设计、低温恒温器设计、二维红外探测器的低温读出测试以及浸没式衍射光栅在室温下的光谱性能评估。在光学系统设计方面，将规格更改为原计划波长分辨率的两倍，并重新进行光学设计，并获得了利用所开发的浸没式衍射光栅实现该波长分辨率的设计方案。尽管这种变化缩小了可以立即观察到的波长范围，但它提高了测量目标发射线强度的精度。这一变化是为了响应欧空局彗星探测器罗塞塔上质谱仪的最新报告，该报告减少了分子识别对更宽波长范围的需求。关于低温恒温器的设计，我们获得了可以安装在京都产业大学神山天文台的荒木望远镜（1.3 m孔径）的卡塞格伦焦点处的设计解决方案。它极其紧凑，可以轻松移动并安装在其他中型或大型望远镜上。温度分析也证实光学系统和红外探测器能够得到充分冷却。关于二维红外探测器测试，使用冷却至约 60K 温度的 Teledyne H1RG（5.3 μm 截止）测量对光的响应。结果，确认线性度符合规格。为了评估浸没式衍射光栅，将其安装在模拟光谱系统的光学系统中，并在室温下进行成像性能评估和波长色散测量。这里，光源为波长可调谐红外激光器，探测器为非制冷PbSe二维红外探测器。我们确认，我们至少实现了波长分辨率 R>80,000（由于探测器的像素尺寸而导致的测量限制），并且获得了设计的衍射级。

项目成果

Volatile Composition and Outgassing in C/2018 Y1 (Iwamoto): Extending Limits for High-resolution Infrared Cometary Spectroscopy between 2.8 and 5.0 μm

C/2018 Y1 中的挥发性成分和放气（Iwamoto）：将高分辨率红外彗星光谱的限制扩展到 2.8 至 5.0 μm 之间

• DOI: 10.3847/psj/ac07ae
• 发表时间: 2021
• 期刊: The Planetary Science Journal
• 作者: DiSanti, Michael A.;Bonev, Boncho P.;Dello Russo, Neil;McKay, Adam J.;Roth, Nathan X.;Saki, Mohammad;Gibb, Erika L.;Vervack Jr., Ronald J.;Khan, Younas;Kawakita, Hideyo
• 通讯作者: Kawakita, Hideyo

Volatile Abundances, Extended Coma Sources, and Nucleus Ice Associations in Comet C/2014 Q2 (Lovejoy)

彗星 C/2014 Q2 中的挥发性丰度、扩展彗发源和核冰协会（洛夫乔伊）

• DOI: 10.3847/psj/ac323c
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Planetary Science Journal
• 作者: Dello Russo, Neil;Vervack, Ronald J.;Kawakita, Hideyo;Bonev, Boncho P.;DiSanti, Michael A.;Gibb, Erika L.;McKay, Adam J.;Cochran, Anita L.;Weaver, Harold A.;Biver, Nicolas
• 通讯作者: Biver, Nicolas

Chemical Composition of Outbursting Comet C/2015 ER61 (PanSTARRS)

爆发彗星 C/2015 ER61 (PanSTARRS) 的化学成分

• DOI: 10.3847/1538-3881/abfcbd
• 发表时间: 2021
• 期刊: The Astronomical Journal
• 作者: Saki, Mohammad;Gibb, Erika L.;Bonev, Boncho P.;Roth, Nathan X.;DiSanti, Michael A.;Khan, Younas;Dello Russo, Neil;Vervack Jr., Ronald J.;McKay, Adam J.;Kawakita, Hideyo
• 通讯作者: Kawakita, Hideyo

Chemical Composition and Spatial Profiles of Long-period Comet C/2020 S3 (Erasmus)

长周期彗星 C/2020 S3（伊拉斯谟）的化学成分和空间剖面

• 发表时间: 2021
• 作者: Ejeta;Chemeda; Gibb;Erika; Roth;Nathan X.; Khan;Younas; Saki;Mohammad; Bonev;Boncho; Di Santi;Michael; Dello Russo;Neil; Vervack;Ronald J.;Jr.; McKay;Adam; Kawakita;Hideyo; Combi;Michael R
• 通讯作者: Michael R

Volatile abundances, coma sources, and ice associations in the nucleus of comet C/2014 Q2 (Lovejoy)

C/2014 Q2 彗星核中的挥发物丰度、彗发源和冰关联（洛夫乔伊）

• 发表时间: 2021
• 作者: Dello Russo;Neil; Vervack;Ronald; Kawakita;Hideyo; Bonev;Boncho; Di Santi;Michael; Gibb;Erika; McKay;Adam; Cochran;Anita; Weaver;Harold; Biver;Nicolas; Crovisier;Jacques; Bockelee-Morvan;Dominique; Kobayashi;Hitomi; Harris;Walter; Roth;Nath
• 通讯作者: Nath