Solar-B EUV Imaging Spectrometer (EUV撮像分光装置)

Solar-B EUV Imaging Spectrometer
(EIS: EUV撮像分光装置)
原弘久、渡邊鉄哉 (NAOJ/NINS)
小杉健郎、松崎恵一 (ISAS/JAXA)
英米諾EISチーム
Solar-B EIS
• 空間分解した輝線スペクトルで、太陽遷移層・コロナ中のプ
ラズマの電子温度・電子密度・速度構造を詳細に観測するこ
とを目的
• 可視光望遠鏡(SOT)、Ｘ線望遠鏡(XRT)と連携して、コロナ
加熱機構、フレア発生機構の解明を目指す
Te & ne
along a coronal loop
Reconnection outflow
Reconnection inflow
Emerging bipole
jet
Loop oscillation
Turbulence?
Evaporation flow
International Collaboration
• 多国間・多機関協力による開発
Oslo Univ.: QLソフト
NAOJ - 装置提案
- 対衛星Ｉ/F全般
NASA GSFC
JAXA
-光学設計
- MDP開発
-データ解析ソフト
NRL
- 地上系整備 - 光学素子
- 駆動機構
- 駆動機構・ヒータ制御
エレクトロニクス
MSSL: プロジェクト管理
機器制御エレクトロニクス、CCDカメラ
BU: スペクトロメータ構造、ドア機構、熱設計
RAL: 機械・熱環境試験、End-to-end較正試験、観測計画ソフト
EIS Optical Layout
Primary mirror
Slit exchanger
Shutter
Entrance filter
CCD
Filter
Primary Mirror
Entrance Filter
Concave grating
CCD Camera
Front Baffle
Grating
EIS Performance
• EUV領域2バンド(170-210A, 250-290A)で大きな有効面積
最低反射面数、多層膜主鏡、多層膜回折格子、高効率裏面照射型CCDの使用
• 2秒角空間分解能(1秒角サンプリング)、22mA (25-35 km/s)サンプリングに
よるSpectroscopy
• 主鏡回転による東西(EW)方向ラスター観測 (スリットは南北方向)
• スリット交換(4種類)による輝線スペクトル観測と輝線画像観測オプション
• 広視野 NSEW=512600 arcsec
（＝有効CCD長スキャンミラー駆動範囲)
• 視野中心移動：移動ストロークの中心から東西方向に~  850 arcsec
• 多数の輝線で広い温度範囲をカバー: logT(K) = 4.7, 5.4, 6.07.3
• 2波長バンド中の25輝線領域を同時に観測可能
• 128種類の観測テーブルを機上にもち、必要に応じて切り替えて観測を実施
Observables & Line Ratio

• 輝線強度 I
• 輝線中心のずれ : Doppler shift
• 輝線幅 w
• 2本の輝線強度比からプラズマの電子温度を評価
一温度仮定のもとでのプラズマ温度評価
電離度の異なる輝線強度比を使用
• 2本の輝線強度比から電子密度を評価
電離度の同じ輝線強度比を使用
w
EIS Slit/Slot
Selected slit
• 4本のスリットが選択可能
• EUV line spectroscopy
- 1 arcsec  512 arcsec slit for the best image quality
- 2 arcsec  512 arcsec slit for a higher throughput
• EUV Imaging (overlappogram; velocity info. overlapped)
- 40 arcsec  512 arcsec slot for imaging with little overlap
-266 arcsec  512 arcsec slot for hunting transient events
EIS Field-of-View (FOV)
• ラスタースキャンで東西に振れる範囲は最大600 arcsec
スキャン方向は、太陽面ではWEの向き
• 視野中心は低頻度(一日に数回)で東西に（ 850 arcsec) 変更可能
• 南北方向には1024arcsecのうち最大512arcsecまで一度に観測可能
N
E
W
S
EIS Effective Area
• 有効面積でSOHO CDSの1桁以上の増加
輝線強度を考慮しても光子検出感度は1桁程度上
現時点での公式なEIS有効面積
Expected Accuracy of Velocity
Bright AR-line
Doppler
velocity
Line width
Number of detected photons
Flare line
FM Activities before Delivery
Alignment activity
Shake test
Thermal vacuum test
End-to-End Calibration
• シンクロトロン光との比較で較正された光源により、有効面
積の測定がRALで実施された。初期結果では、光学要素の
結合で予想されるものと20%以内で一致。
• 波長分解能は予定していたものを達成。/  5000
Short wavelength band (170-210A)
Long wavelength band (250-290A)
まとめ
• EISはいくつかの不具合を克服して順調に開発されてきた。
現在、総合試験が開始されるまでの間、宇宙研クリーンルー
ム内で窒素パージされながら保管されている。
• 設計時に設定した性能を達成したと評価している。
• 性能を生かしきれるかは、観測プランの立て方に大きく依存
する。知恵をしぼって観測プランを提案し、最大の成果を出
したい。
Emission Lines on CCD
太陽の北
512
pixels
- 斜線部を同時に観測することができる。
- データ量を減らすため、通常は観測する輝線部分のみ切り出してテレメトリに送信する。
EIS Sensitivity
AR: active region
Ion
Wavelength
(A)
logT
Fe X
184.54
Fe XII
Fe XXI
Nphotons
Ion
Wavelengt
h
(A)
logT
Fe XVI
251.07
Fe XXII
Nphotons
AR
M2-Flare
6.40
-
108
253.16
7.11
-
71
Fe XVII
254.87
6.60
-
109
110/47
Fe XXVI
255.10
7.30
-
3.3103
-
4.0104
He II
256.32
4.70
16
3.6103
6.11
46
120
Si X
258.37
6.11
14
62
192.82
6.70
31
1.8103
Fe XVI
262.98
6.40
15
437
Fe XII
193.52
6.11
135
305
Fe XXIII
263.76
7.20
-
1.2103
Fe XII
195.12 / 195.13
6.11
241/16
538/133
Fe XIV
264.78
6.30
20
217
Fe XIII
200.02
6.20
20
113
Fe XIV
270.51
6.30
17
104
Fe XIII
202.04
6.20
35
82
Fe XIV
274.20
6.30
14
76
Fe XIII
203.80 / 203.83
6.20
7/20
38/114
Fe XV
284.16
6.35
111
1.5103
AR
M2-Flare
6.00
15
36
186.85 / 186.88
6.11
13/21
105/130
187.89
7.00
-
346
188.23 / 188.30
6.11
41 / 15
Fe XXIV
192.04
7.30
Fe XII
192.39
Ca XVII
Fe XI
Detected photons per 11 area of the sun per 1 sec exposure.
Temperature/Density Diagnostic
• 接近した電離度の輝線強度比より温度情報を評価
Fe X/Fe XI, Fe XI/Fe XII, Fe XII/ Fe XIII, Fe XIII/Fe XIV
Fe XIV/Fe XV, Fe XV/ FeXVI
• 同じ電離度の輝線強度比より、電子密度を評価（filling factor評価へ）
Fe XII, Fe XIII, Fe XIV
EIS Data Flow
CCD Readout
Electronics
Large hardware
CCD window
Data compression
DPCM(loss less) or 12bit-JPEG
Small spectral
window (25 max)
EIS ICU
control
2Mbps max
1.3 Mbps
Observation table
S/C MDP
 260 kbps max
for short duration,
 45 kbps average
Average data rate depends on the number of
downlink stations.
15 downlink contacts per day
 300 kbps average for SOT+XRT+EIS
If 15% can be availabe for EIS
 300kbps  0.15 = 45 kbps
Telemetry
data format
Sample Observations
EIS Data Processing
Line intensity ratio
N
density

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