小型科学衛星 LiteBIRD におけるスキャンの最適化

小型科学衛星LiteBIRDにおけるスキャンの最適化小型科学衛星LiteBIRDにおけるスキャンの最適化柳沼えり、松村知岳A、羽澄昌史B、他LiteBIRDワーキンググループ総研大、CaltechA、高エ研B 日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

研究の動機（１） 例）Planck衛星のスキャン • LiteBIRDは宇宙背景放射（CMB）の偏光を精密に測定 • スキャン法への要請 • 全天をまんべんなく測定 • 天球上の「画素」を様々な角度から観測（クロスリンク） • 短時間で巡回 • 1/fノイズを抑える • データサイズを抑える 2009年5月打ち上げ成功。L2で観測中。2012年に最初の結果が発表される予定 LiteBIRDではPLANCKより高い精度の偏光測定を実現するため、Planckスキャンよりすぐれたスキャン法が必要日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

研究の動機（１） 歳差運動するこまのようなスキャンを考える（EPIC衛星の提案） • LiteBIRDは宇宙背景放射（CMB）の偏光を精密に測定 • スキャン法への要請 • 全天をまんべんなく測定 • 天球上の「画素」を様々な角度から観測（クロスリンク） • 短時間で巡回 • 1/fノイズを抑える • データサイズを抑える LiteBIRDではPLANCKより高い精度の偏光測定を実現するため、Planckスキャンよりすぐれたスキャン法が必要日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

研究の動機（２） 23.5deg. 太陽同期地球周回軌道の例 COBE衛星 • LiteBIRDでは太陽同期地球周回軌道（以下、LEO）での観測をオプションとして考えている。 • L2とLEOのスキャンに関する得失はよく理解されていない。 • 例）LEOでは月に起因するサイドローブを避けるため、データの一部を除去する。それでもまんべんなくスキャンできるか？ 99deg. inclination 94deg. 日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

研究の目的 • LiteBIRDのL2、LEOそれぞれのスキャン最適化 • 天球上の画素のスキャン回数に関する一様性 • 天球上の画素をクロスリンクする一様性 • LEOでは月のサイドローブを避けるカットをいれて検討 • LEOとL2オプションの比較 • データサイズとの関係の検討 • 系統誤差へのインパクトを評価以上の目的を達成するため、シミュレーションを遂行。今回の発表では、１、２、について報告する。日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

L2オプション 日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

L2でのスキャンの概要 θBS = 55 θAS = 45 3rpm 90min. 日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

評価パラメータ • 天球上の画素の測定回数：Nhits • クロスリンク： c = <sin2>2 + <cos2>2 Reference line (Lat. in Galactic coord.) j+1 j Pixel i 日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

1分 3 rotations

30分

L2 scan: 1 year Angular Cross link Nhits Ecliptic coordinate 3526 11751 0 1 Cf. PLANCK cross linking (from EPIC report)

LEOオプション 日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

LEOスキャン概要 y Spin axis x Spin axis Boresight Boresight z  = 34 degs : relative angle betw/n moon and boresight (60 degs) Anti-sun  = 76 degs Satellite 6000K Anti-sun 175K 300K altitude 600 km - Spin axis rotation about anti-sun axis (i.e. satellite period around the earth)fs = 90 min - Boresight axis rotation about spin axis fb ~ 1 min 0.38 Mkm Earth  Moon 150 Mkm Sun  Earth 日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

Spin axis Boresight  = 34 degs  = 76 degs Satellite 6000K Anti-sun 175K 300K Low Earth Orbit Scan : relative angle betw/n moon and boresight (data cut  < 60 degs) LiteBIRD (ver. 1)  = 34 degs  = 76 degs fa= 90 min fs= 60 sec * Based on very naive power balance at orbit COBE  = 30 degs  = 86 degs fa= 104 min fs= 73 sec Sidelobe Sun: 3 nK / 6000 K = 5  10-13 70 degrees away from main beam Earth: 3 nK / 300 K = 1  10-11 70 degrees Moon: 3 nK / 175 K = 2  10-11  60 degrees away from main beam (we see moon, but apply data cut) Galaxy: 3 nK / 20 mK = 2  10-7

LEO scan ver1: 1 day Angular Cross link Nhits 0 156 0 1 LEO scan ver1: 30 days 0 1000 0 1

LEO scan ver1: 1 year Angular Cross link Nhits Ecliptic coordinate 1538 13880 0 1 COBE scan: 1 year Angular Cross link Nhits Ecliptic coordinate 1284 10772 0 1

クロスリンク比較 Black: LiteBIRDL2 Red: COBE Blue: LiteBIRD LEO ver1 LEOでもL2と遜色ない！日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

まとめ • 全天観測の一様性(Nhits)とクロスリンクを評価パラメータとして、LiteBIRDのL2、LEOスキャンの評価をおこなった。 • LiteBIRD-L2スキャンは従来（Planckなど）のスキャン法を凌駕することがわかった。 • LiteBIRD-LEOスキャンはクロスリンクに関しては、L2スキャンと遜色ない　---意外な結果 • 早期打ち上げに有利なLEOオプションを更に真剣に検討する必要がある。日本物理学会　第65回年次大会（岡山大学）

小型科学衛星 LiteBIRD におけるスキャンの最適化