木曽観測所の統合システム「トモエゴゼン」が観測運用を開始

【2019年10月3日 東京大学木曽観測所】

東京大学木曽観測所の105cmシュミット望遠鏡用の観測装置「トモエゴゼン」は、短時間に変わりゆく宇宙の姿を探求することを目的とした世界初の天文用広視野動画カメラと人工知能ソフトウエア群からなる観測統合システムだ。

「トモエゴゼン」が搭載された105cmシュミット望遠鏡（提供：東京大学木曽観測所、以下同）

カメラには高感度大画素CMOSイメージセンサーが84台搭載されており、計1億9000万画素で20平方度（満月84個分）の広い空を一度に動画で監視することができる。常温下であっても低い暗電流と読み出しノイズを達成し、一般的な天文用装置と異なり冷却の必要がないため、カメラの大型化が可能となった。

84台のCMOSセンサーが並べられたトモエゴゼンの広視野動画カメラ）

トモエゴゼンによる観測では、一晩で約30テラバイト（映画約1万本分）におよぶデータが取得される。この観測データを即時に解析し過去と比較することで、天体の明るさや位置の変化を高精度にとらえることができる。

カメラの制御やデータ解析には機械学習モデルと最適化アルゴリズムを搭載したソフトウェアが用いられる。これにより、気象状況や他の望遠鏡からの情報等を考慮して、自動的に観測手順の最適化や再スケジュールが可能となっている。

トモエゴゼンでは、全天を繰り返し動画でスキャンする観測を年間100夜ほど実施する予定だ。毎晩の観測データに写り込む、約1億個の天体全ての明るさと位置を監視することで、1秒～1時間という短いタイムスケールで変動する天体現象を毎晩13万件以上とらえることができると見込まれる。

このような空の広範囲の大規模な動画探査は過去に例がなく、非常に革新的な観測研究だ。爆発直後の超新星や地球に衝突する恐れのある小惑星など、科学的に重要な天体現象が多く観測されると期待される。重力波望遠鏡「かぐら」や口径3.8m「せいめい」望遠鏡と連携した迅速なマルチメッセンジャー観測により、重力波の起源の解明につながる成果も得られるかもしれない。

さらに、トモエゴゼンが日々獲得するデータには空で発生するイベントが網羅的に含まれるため、地球高層大気の研究、宇宙機やスペースデブリの状況の把握、リアルデータによる教育普及など、広範囲の分野間連携によるデータ駆動型宇宙科学の発展にも寄与するだろう。