宇宙望遠鏡科学研究所

宇宙望遠鏡科学研究所

設立	1981
位置	ジョンズ・ホプキンス大学 、 ボルチモア 、 メリーランド 、 私たち
座標	北緯39°19′58″ 西経76°37′24″ / 北緯39.33278° 西経76.62333° / 39.33278; -76.62333
Webサイト	stsci.edu

宇宙望遠鏡科学研究所（STScI ）は、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）の科学運用センター、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の科学運用およびミッション運用センター、ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡の科学運用センターです。^[1] STScIは、天文学研究大学協会（AURA）によってNASAのために運営されているコミュニティベースの科学センターとして1981年に設立されました。^{[2] STScIのオフィスは}、ジョンズ・ホプキンス大学ホームウッドキャンパスとメリーランド州ボルチモアのロタンダビルにあります。^[3]

STScIは、HSTの継続的な科学運用とJWSTおよびRomanによる科学探査の準備に加えて、 HST、JWST、ケプラー、TESS、ガイア、パンスターズを含む多数のアクティブおよびレガシーミッションのデータを保持するミクルスキ宇宙望遠鏡アーカイブ（MAST）の管理と運用を行っています。^[4]

STScI の活動資金のほとんどは NASAゴダード宇宙飛行センターとの契約によるものですが、NASAエイムズ研究センター、NASAジェット推進研究所、欧州宇宙機関(ESA)から資金提供を受けている小規模な活動もあります。 ^[要出典]

STScIのスタッフは、科学者（主に天文学者と天体物理学者）、宇宙船エンジニア、ソフトウェアエンジニア、データ管理担当者、教育および広報の専門家、管理およびビジネスサポート担当者で構成されています。STScIには約200人の博士号取得科学者が勤務しており、^[5]そのうち15人はHSTおよびJWSTプロジェクトに配属されているESAスタッフです。^[6] 2021年現在、STScIのスタッフ総数は約850人です。^[7]

STScIはNASA、世界中の天文学コミュニティを代表して、そして公衆の利益のためにミッションを運営しています。科学運用活動は、主にHSTとJWST（そして最終的にはRoman）の観測と助成金の形で天文学コミュニティに直接貢献していますが、MASTを介して他のNASAと地上ベースのミッションからデータを配信することも含まれます。地上システム開発活動は、天文学コミュニティにこれらのサービスを提供するために必要なソフトウェアシステムを作成および維持します。^[8] STScIの広報活動は、メディア、プラネタリウムや科学博物館などの非公式の教育会場、そして一般の人々に幅広いリソースを提供します。^[9] STScIはまた、光学および紫外線宇宙天体物理学のさまざまな問題についてNASAに指導する情報源としての役割も果たしています。

STScI のスタッフは、アメリカ天文学会の 2 年ごとの会議への参加、定期的な STScI ニュースレターと STScI ウェブサイトの発行、ユーザー委員会と科学ワーキング グループの主催、毎年数回の科学技術シンポジウムとワークショップの開催など、さまざまなチャネルを通じてプロの天文学コミュニティと交流し、コミュニケーションを図っています。これらの活動により、STScI は望遠鏡のユーザー コミュニティに情報を発信できるだけでなく、STScI のスタッフはコミュニティと NASA のニーズに応えることで、運営する施設の科学的生産性を最大化することができます。

注: このセクションの情報は更新が必要です。現在の活動については、STScI の公式 Web サイトを参照してください。

STScI は、ハッブル宇宙望遠鏡の科学プログラムの選択、スケジュール、および実施に必要なすべての活動を実施します。このプロセスの最初のステップは、HST で実行される科学プログラムのコミュニティ主導による年間選択をサポートすることです。これは、現在サポートされている科学機器の機能、提案の要件、および提出期限を指定する年間提案募集の公開から始まります。誰でも提案を提出できます。すべての提案は、時間割り当て委員会 (TAC) によって厳密にピアレビューされます。TAC は、提案を評価するために必要な幅広い研究専門知識を代表するように選ばれた、米国および国際的な天文学コミュニティのメンバー約 100 人で構成されています。各提案サイクルでは通常、700 ～ 1100 件の提案をレビューします。これらの提案のうち、最終的に実装対象として選択されるのは 15 ～ 20% のみです。 TACは、HSTと他の宇宙または地上の観測所（チャンドラX線観測所や国立光学天文台など）との間のアーカイブ、理論、および共同研究プロジェクトの提案だけでなく、観測時間のいくつかのカテゴリを審査します。STScIは、これらの活動に対するすべての技術的およびロジスティックなサポートを提供します。提案募集の年間サイクルは、HSTサービスミッションが予定されている年には期間が変更されることがありました。^{[10] [11]}

幸運にも望遠鏡の使用時間を与えられた提案者は、一般観測者 (GO) と呼ばれ、観測プログラムのスケジュールと実施に必要な詳細な要件を提示する必要があります。この情報は、フェーズ II 提案と呼ばれるもので STScI に提供されます。フェーズ II 提案では、機器の動作モード、露出時間、望遠鏡の向きなどを指定します。^[12] STScI スタッフは、露出時間計算機 (ETC) と呼ばれる Web ベースのソフトウェアを提供します。これにより、GO は、搭載されている検出器のいずれかが科学的目的を達成するために必要な光量を蓄積するために必要な観測時間を見積もることができます。さらに、STScI スタッフは、各特定のプログラムを実施するために必要なすべての手順を実行し、年間のプログラム全体を計画します。HST の場合、これには、ガイド星の検出、明るいオブジェクトの制約の確認、特定のスケジュール要件の実装、および観測者と協力して、彼らが持つ可能性のある特定の要件または非標準要件を理解して考慮することが含まれます。^[13]

フェーズ II の情報が収集されると、年間全体をカバーする長期観測計画が策定され、個々の観測をスケジュールする適切な時間を見つけると同時に、年間を通じて望遠鏡を効果的かつ効率的に使用できるようにします。詳細な観測スケジュールが毎週作成され、HST 運用の場合は、追跡およびデータ中継衛星システム ( TDRSS ) を介したデータ通信パスのスケジュール設定や、宇宙船へのアップリンク用のバイナリ コマンド ロードの生成が含まれます。ターゲット オブ オポチュニティ (超新星などの一時的なイベントや、彗星衝突宇宙船などのユニークなイベントとの調整など)に応じて、長期計画と週次計画の両方を調整できます。STScIは、 Min-conflicts アルゴリズムを使用して、望遠鏡での観測時間をスケジュールします。 STScI は現在、JWST 向けに同様のプロセスを開発中ですが、機器や宇宙船の制約が異なり、HST が使用する低地球軌道 (地球から約 565 km) ではなく太陽地球 L2ラグランジュ点(地球から約 150 万 km) に位置するため、運用の詳細は大きく異なります。

飛行運用は、HST 機能のリアルタイムでの直接サポートと監視で構成されます。HST の毎日のリアルタイム飛行運用には、約 4 つのコマンド ロード アップリンク、約 10 のデータ ダウンリンク、および観測所のほぼ継続的な健康と安全の監視が含まれます。リアルタイム運用には 24 時間体制でスタッフが配置されています。HST の飛行運用活動は、メリーランド州グリーンベルトにある NASA の GSFC で行われます。

HST からの科学データは、TDRSS からダウンリンクされ、その後 NASA ゴダード宇宙飛行センターのデータ収集施設を通過してから数時間後に STScI に到着します。STScI に到着すると、データは一連のコンピュータ アルゴリズムによって処理され、フォーマットが国際的に認められた標準 ( FITS : Flexible Image Transport Systemとして知られる) に変換され、欠落データが修正され、機器のアーティファクトを削除することでデータの最終的なキャリブレーションが実行されます。キャリブレーションの手順は HST 機器ごとに異なりますが、原則として、宇宙線の除去、機器/検出器の不均一性の修正、フラックス キャリブレーション、および世界座標系情報の適用 (これにより、検出器が空のどこに向けられていたかが正確にわかります) が含まれます。適用されるキャリブレーションは、データがパイプラインを通過する時点で利用可能な最良のものです。STScI は機器開発者と協力して、ケプラーおよび JWST データに対して同様のプロセスを定義しています。

HST のすべての科学データは、キャリブレーション パイプラインを通過後、永久にアーカイブされます。NASA のポリシーでは、すべてのデータに 1 年間の専有期間が義務付けられています。つまり、データを取得してから最初の 1 年間は、最初の提案チームのみがデータにアクセスできます。その年以降は、データへのアクセスを希望するすべての人が利用できるようになります。アーカイブから取得されたデータ セットは、最新のキャリブレーション係数とソフトウェアが適用されるように、自動的に再キャリブレーションされます。STScI は、NASA のすべての光学/UV 宇宙ミッションのアーカイブ センターとして機能します。HST 科学データのアーカイブと保存に加えて、STScI は、国際紫外線探査機(IUE)、極端紫外線探査機(EUVE)、遠紫外線分光探査機( FUSE)、銀河進化探査機(GALEX) など、他の 13 のミッションのデータも保持しています。ケプラーおよび JWST の科学データも同様の方法でアーカイブおよび取得されます。 STScI のデータ アーカイブ (http://archive.stsci.edu) への主なユーザー インターフェイスはインターネットです。アーカイブには現在 30テラバイト以上のデータが保存されています。毎日約 11ギガバイトの新しいデータが取り込まれ、約 85 ギガバイトのデータがユーザーに配布されます。現在開発中の Hubble Legacy Archive (HLA; http://hla.stsci.edu/) は、より統合されたユーザー フレンドリなアーカイブとして機能します。Hubble の生データだけでなく、より高度な科学製品 (カラー画像、モザイクなど) も提供されます。

STScI は、HST および JWST の科学機器の飛行中較正を担当しています。HST については、観測所の較正計画が毎年作成されます。この計画は、そのサイクルで選択された GO 観測プログラムをサポートするとともに、各機器の寿命全体にわたる基本的な較正を提供するように設計されています。較正プログラムには、搭載較正ソースに対する測定、または内部検出器のノイズ レベルを評価するための測定、および絶対フラックス変換と天文測定変換を決定するために必要な天文標準星とフィールドの観測が含まれます。HST の外部較正は通常、GO 観測プログラムの 5 ～ 10% を占め、機器が比較的新しい場合はさらに時間がかかります。HST には現在までに合計 12 の科学機器があり、そのうち 6 つが現在稼働しています。2 つの新しい機器は、2009 年 5 月の HST サービス ミッションSTS-125中にインストールされました。 STIS (2001 年) および ACS 広域フィールド チャネル (2007 年) の電子故障も 2009 年 5 月に軌道上で修理され、これらの機器は再び稼働状態に戻りました。HST の 12 個の機器すべてと JWST に搭載予定の 4 個の機器を以下の表にまとめます。HST の機器は紫外線から近赤外線までの波長の光を検出できます。JWST の機器は、光学波長の赤色端 (約 6000 オングストローム) から中赤外線(5 ～ 27 マイクロメートル) まで動作します。廃止済みとして記載されている機器は、現在は搭載されていません。

STScI のスタッフは、キャリブレーションの提案を作成し、スケジュール プロセスを通じてそれを指導し、生成されたデータを分析します。これらのプログラムは、データ処理パイプラインで使用される更新されたキャリブレーション ファイルと参照ファイルを提供します。キャリブレーション ファイルはアーカイブ化もされるため、ユーザーは手動でデータを再キャリブレーションする必要がある場合にそれらを取得できます。すべてのキャリブレーション アクティビティと結果は、通常は公開 Web サイトに投稿される機器科学レポートの形式で、また場合によっては公開論文の形式で文書化されます。結果は、データ ハンドブックと機器ハンドブックにも組み込まれます。

STScI スタッフは、機器のキャリブレーションに加えて、機器の性能を特徴付けて文書化します。これにより、ユーザーはデータの解釈方法をよりよく理解できます。これらは通常、パイプラインで自動的に修正されない影響です (時間とともに変化したり、ソースの明るさに依存したりするため)。これには、電荷結合素子の電荷転送効率などのグローバルな影響や、フィルターの「ゴースト」(機器内の光の微妙な散乱によって発生) などのモードやフィルターに固有の影響が含まれます。これらの影響は、キャリブレーション プログラムを分析する STScI スタッフから、またはデータに異常を見つけて STScI にフィードバックを提供する観察者から認識されることがあります。

STScI スタッフは望遠鏡自体の特性評価と較正も行います。HST の場合、これは主に焦点の監視と調整、および点像分布関数の監視と測定の問題に発展しました。(1990 年代初頭、STScI は球面収差の正確な測定を担当していました。これは、その後のすべての機器の補正光学系に必要です)。JWST の場合、STScI は、JPL とNorthrop Grumman Space Technology (NGST、天文台を建設する NASA の請負業者) によって開発された波面センサーシステムを使用して、セグメント化された望遠鏡を監視および調整する責任を負います。

観測後のサポートにはヘルプデスクが含まれており、ユーザーはヘルプデスクに問い合わせて、提案の提出方法からデータの分析方法まで、観測のあらゆる側面に関する質問に答えることができます。

STScI は、コミュニティを代表して大規模な HST 科学プログラムを実施しています。これらは、幅広い科学的応用が期待されるプログラムです。現在までに、これらのプログラムには、ハッブル ディープ フィールド(HDF)、ハッブル ディープ フィールド サウス(HDFS)、ウルトラ ディープ フィールド(UDF) などがあります。これらの観測の生データと処理済みデータは、ほぼ即座に天文学コミュニティに提供されます。これらの成果物は、その後、多くの天文学者が独自の研究テーマを追求する際に使用され、その後の多くの研究のきっかけとなっています (たとえば、http://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/clearinghouse/clearinghouse.html および http://www.stsci.edu/hst/udf/index_html を参照)。

STScI は、上記のハッブル科学運用を実行するために使用される地上システムのほとんどを開発、強化、および保守する責任を負っています。これらのシステムは元々 (1980 年代、1990 年代初頭)、STScI 社内開発や NASA とさまざまなベンダーとの契約に基づく作業など、複数のソースから提供されました。HST の存続期間中、これらのシステムには、ハッブルの日常運用をサポートしている間も、かなりの作業が行われてきました。これらのシステムは、より効率的で操作しやすいエンドツーエンドのシステムに統合されました。これらのシステムは、主要な技術アップグレード (オペレーティング システムとコンピューター ハードウェアの改善、アーカイブ ストレージ メディアの容量増加など) を経てきました。また、望遠鏡にインストールされる一連の機器をサポートするために変更されました。過去数年間で、次の HST サービス ミッション中にインストールされる 2 つの新しい機器である WFC3 と COS をサポートするため、および HST 運用の 2ジャイロスコープモードをサポートするために変更されました。 STScI は、FUSE、ケプラー、JWST などの他の天文学ミッションにも地上システム サービスのサブセットを提供しています。STScI のソフトウェア エンジニアは、約 7,900,000 行のソース コードを管理しています。

STScI は、NASA や業界のシステム エンジニアや科学者とともに、ミッション全体のアーキテクチャの開発に定期的に参加しています。HST の場合、これには、サービス ミッション活動の決定と優先順位付け、およびサービス戦略の開発への協力が含まれます。JWST の場合、これには、高レベルの科学要件の定義とミッション全体のアーキテクチャへの参加が含まれます。どちらの場合も、STScI は、ミッションの科学的機能と、観測所の円滑で効率的な運用の要件に重点を置いています。

STScIはハッブルフェローシッププログラムの選考を管理しています。1990年以来、ハッブルフェローシップは、ハッブル宇宙望遠鏡の科学的ミッションに広く関連する研究を行っている優秀なポスドク科学者を支援しています。2009年に、このフェローシップは、2002年以来スピッツァー宇宙望遠鏡と科学プログラムに関連していたスピッツァーフェローシップと統合されました。 ^[14]現在は、宇宙の起源テーマ内のすべてのミッション、すなわちハーシェル宇宙望遠鏡、ハッブル宇宙望遠鏡 (HST)、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)、成層圏赤外線天文台(SOFIA)、スピッツァー宇宙望遠鏡に関連する研究を行っているフェローを支援しています。^[15]研究は、理論的、観測的、または機器的である可能性があります。^[15] 1990年のHSTの打ち上げ以来、毎年8〜12のフェローシップが授与されています。 2009年からは16前後で推移している。^[14] STScIは夏季学生インターンシッププログラムも後援しており、世界中の優秀な学部生が研究所の科学スタッフと共に働き、最先端の天文学研究の実践的な経験を積むことができる。STScIの常勤科学スタッフは、太陽系の調査、太陽系外惑星の検出と特徴付け、星の形成、銀河の進化、物理的宇宙論など、天体物理学の幅広い範囲にわたる独自の研究を行っている。STScIは毎年春に開催される年次科学シンポジウムといくつかの小規模な科学ワークショップを主催している。STScIで活発な科学スタッフを雇用することで、HST、そして最終的にはJWSTが最高の能力を発揮することが保証される。

STScI の広報室 (OPO) は、HST、JWST、Roman、そして天文学全般に関する科学と発見を一般の人々と共有し、伝えるために設計された幅広い製品とサービスを提供しています。OPO の取り組みは、メディア、非公式の科学教育コミュニティ、そして一般の人々のニーズを満たすことに重点を置いています。

OPO は、HST の発見と科学成果を特集した新しいプレスリリースを毎年約 40 件発行しています。これらのメディア パッケージには、印刷、放送、オンライン メディアで使用されるニュース記事、ハッブル画像、説明図、アニメーション、補足情報が含まれています。また、OPO は、特にニュース価値のある発見に関する記者会見に参加したり、現在の天体物理学研究の問題に取り組んでいる科学者と詳細なセッションを行う科学ライター ワークショップを開催したりしています。

OPO は、ニュースリリースに加えて、博物館、科学センター、プラネタリウム、図書館などの一般の人々や非公式の教育施設での使用を目的とした、天文学関連のさまざまな製品や機能を開発しています。これらには、背景記事、望遠鏡の画像、イラスト、図表、インフォグラフィック、ビデオ、科学的視覚化、バーチャルリアリティ、インタラクティブなどが含まれます。これらのリソースのほとんどは、Hubblesite、Webbtelescope、ViewSpace、Illuminated Universe など、STScI が開発および管理する Web サイトを通じて配布されています。コンテンツは、Facebook、Twitter、Instagram、YouTube などのソーシャル メディア プラットフォームを通じても配布されています。

OPO は、対面およびオンラインのライブ イベントを通じてアウトリーチ活動も行っています。これには、定期的な公開講演シリーズや、さまざまな地域および全国の STEM イベントへの参加が含まれます。OPO は、印刷資料、プログラム/イベント リソース、専門能力開発の形で、非公式の教育施設へのサポートも提供しています。

OPO のアウトリーチ活動は、ハッブル、ウェッブ、ローマンのミッション オフィスや、NASA の Universe of Learning 傘下の他の機関と連携して実施されています。

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