Loading article…
ロボット望遠鏡は、人間の介入なしに観測を行う天体望遠鏡および検出器システムです。天文学分野では、たとえ人間が夜の初めに観測を開始したり、朝に観測を終了したりする必要があったとしても、人間が操作せずに観測を行う望遠鏡はロボット望遠鏡とみなされます。ロボット望遠鏡には、自動スケジューリングなどさまざまな方法で支援する人工知能を使用するソフトウェアエージェントが搭載されている場合があります。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]ロボット望遠鏡はリモート望遠鏡とは異なりますが、機器はロボット望遠鏡とリモート望遠鏡の両方の機能を持つ場合があります。
2004年までに、ロボットによる観測は、小惑星の軌道と発見、変光星の研究、超新星の光度曲線と発見、彗星の軌道、重力マイクロレンズ観測に関する発表された科学情報の圧倒的な割合を占めるようになった。
初期段階のガンマ線バースト観測はすべてロボット望遠鏡によって行われた。
ロボット望遠鏡は、通常、多数のサブシステムを組み込んだ複雑なシステムです。これらのサブシステムには、望遠鏡の指向機能、検出器（通常はCCDカメラ）の動作、ドームまたは望遠鏡筐体の制御、望遠鏡のフォーカサーの制御、気象条件の検出、その他の機能を提供するデバイスが含まれます。多くの場合、これらの多様なサブシステムは、マスター制御システムによって統括されており、これはほぼ常にソフトウェアコンポーネントです。
ロボット望遠鏡は、閉ループ方式または開ループ方式のいずれかで動作します。開ループ方式では、ロボット望遠鏡システムは自ら方向を定め、データを収集しますが、動作結果を検査して正しく動作していることを確認することはありません。開ループ方式の望遠鏡は、何らかの不具合が発生した場合、制御システムがそれを検知して補正する方法がないため、「信仰に基づいて動作している」と言われることがあります。
閉ループシステムは、冗長な入力を用いて動作を評価し、エラーを検出する能力を備えている。一般的な入力としては、望遠鏡の運動軸に取り付けられた位置エンコーダや、露光時にシステムが正しい視野を向いていたことを確認するためにシステムの画像を評価する機能などが挙げられる。
ほとんどのロボット望遠鏡は小型望遠鏡である。大型天文台の機器は高度に自動化されている場合もあるが、係員なしで運用されているものは少ない。
ロボット望遠鏡は、天文台でコンピュータとの電気機械式インターフェースが普及した後に、天文学者によって初めて開発されました。初期のものは高価で、機能が限られており、ハードウェアとソフトウェアの両面で多数の独自のサブシステムを含んでいました。これが、ロボット望遠鏡の開発が初期段階では進展しなかった一因となりました。
1980年代初頭には、安価なコンピュータが入手可能になったことで、いくつかの実現可能なロボット望遠鏡プロジェクトが構想され、そのうちのいくつかは実際に開発されました。1985年にマーク・トゥルーブラッドとラッセル・M・ジェネットによって書かれた『望遠鏡のマイクロコンピュータ制御』は、この分野における画期的な工学研究でした。この本の成果の一つは、基本的な天文学的計算だけでは望遠鏡を確実に指向できない多くの理由（中には非常に微妙なものもありました）を指摘したことです。この本で探求された概念は、 1970年代の第一世代の大型自動望遠鏡、特に3.9mアングロ・オーストラリア望遠鏡から生まれた望遠鏡架台誤差モデリングソフトウェア「Tpoint」と共通のルーツを持っています。
2004年当時、一部のプロ仕様のロボット望遠鏡は、設計上の創造性の欠如と、クローズドソースの独自ソフトウェアへの依存が特徴でした。ソフトウェアは通常、設計された望遠鏡専用であり、他のシステムでは使用できません。大学で開発されたロボット望遠鏡ソフトウェアは、開発者である大学院生が新しい職に就き、所属機関がその知識を失うため、保守が不可能になり、最終的には時代遅れになることがよくあります。大規模な望遠鏡コンソーシアムや政府資金による研究所では、大学で経験するような開発者の喪失は起こりにくい傾向があります。プロ仕様のシステムは一般的に、非常に高い観測効率と信頼性を備えています。また、一部のプロ仕様施設ではASCOMテクノロジーを採用する傾向が高まっています（次のセクションを参照）。独自ソフトウェアの必要性は、通常、研究機関間の研究資金獲得競争によって引き起こされます。
1980年代後半以来、アイオワ大学は専門的な分野においてロボット望遠鏡開発の最前線に立ってきた。1990年代初頭に開発された自動望遠鏡施設（ATF）は、アイオワシティにあるアイオワ大学の物理学棟の屋上に設置された。彼らはその後、 1997年に私設のウィナー天文台にロボット式遠隔望遠鏡であるアイオワロボット天文台を完成させた。このシステムは変光星の観測に成功し、数十の科学論文に観測結果を提供した。2002年5月には、リゲル望遠鏡が完成した。リゲルは、Optical Mechanics, Inc.が製造し、Talonプログラムによって制御される0.37メートル（14.5インチ）F/14望遠鏡である。 [ 4 ]これらはそれぞれ、より自動化され実用的な天文台への進歩であった。
現在最大規模のロボット望遠鏡ネットワークの一つが、英国の大学連合が運営するRoboNetである。リンカーン地球近傍小惑星探査（LINEAR）プロジェクトも、プロ仕様のロボット望遠鏡の一例である。LINEARの競合プロジェクトであるローウェル天文台地球近傍天体探査、カタリーナ・スカイサーベイ、スペースウォッチなども、それぞれ異なるレベルの自動化を実現している。
1997 年、ROTSE-I と名付けられたロボット光学過渡現象探索実験 (ROTSE) 広視野望遠鏡アレイが手動モードで運用を開始しました。ソフトウェア システムにより、1998 年 3 月下旬に完全自動ロボット運用が可能になり、GRB 座標ネットワーク経由で受信したトリガーから GRB 980326 への最初の自動応答が行われました。ROTSE-I はそれ以降運用され、完全自律閉ループ ロボット望遠鏡としては初めてであり、GRB 応答、X 線過渡現象、ソフト ガンマ線リピーターの研究、変光星および流星の研究に使用されました。GRB 990123 で ROTSE-I により GRB からの最初の即時光学バーストが発見されました。ROTSE-III プロジェクトは、ROTSE-I の運用方法に基づいた 4 台のハーフ メートル望遠鏡で構成され、2003 年に運用を開始しました。これらは主に GRB の追跡研究、および超新星の探索と研究に使用されました。 ROTSE-IIIによる観測によって、初めて超高輝度超新星が発見された。
2000年に設計されたRAPID Telescopes for Optical Response（RAPTOR）プロジェクトは、2002年に本格的な展開を開始しました。このプロジェクトは、トム・ベストランド氏と彼のチーム（ジェームズ・レン氏、ロバート・ホワイト氏、P・ウォズニアック氏、ヒース・デイビス氏）が率いました。広視野機器の1つでの最初の観測は2001年末に行われました。2番目の広視野システムは2002年末に稼働を開始しました。クローズドループ運用は2003年に開始されました。当初、RAPTORの目標は、衛星からのトリガーに確実に応答し、さらに重要なことに、過渡現象をリアルタイムで識別し、発生源の位置を含むアラートを生成して、他のより大型の望遠鏡による追跡観測を可能にする地上望遠鏡システムを開発することでした。RAPTORはこれらの目標を両方とも達成しました。現在、RAPTORはThinking Telescopes Technologies Projectの主要なハードウェア要素となるように再調整されています。[ 5 ]その新たな任務は、これまで配備された中で最も高度なロボットソフトウェアを使用して、持続的な光源の興味深い異常な挙動を探して夜空を監視することです。 2 つの広視野システムは、CCD カメラのモザイクです。このモザイクは、12 等級までの深さで約 1500 平方度の領域をカバーします。各広視野アレイの中心には、視野が 4 度で深さが 16 等級の単一の中心窩システムがあります。広視野システムは 38 km の基線で分離されています。これらの広視野システムをサポートするために、他に 2 つの運用中の望遠鏡があります。これらのうちの 1 つは、16 等級までの 16 平方度の視野を持つモザイクのカタログパトロール機器です。もう 1 つのシステムは、深さが 19 ～ 20 等級で 0.35 度をカバーする 0.4 m OTA です。さらに 3 つのシステムが現在開発およびテスト中で、今後 2 年間で段階的に展開されます。すべてのシステムは、特注の高速旋回式架台に搭載されており、3秒以内に空のあらゆる地点に到達できる。RAPTORシステムはロスアラモス国立研究所（米国）に設置されており、同研究所の重点研究開発資金によって支援されている。
2004年当時、ロボット望遠鏡のほとんどはアマチュア天文家の手に渡っていた。アマチュア向けロボット望遠鏡の爆発的な普及の前提条件は、1990年代初頭に市販された比較的安価なCCDカメラの入手可能性であった。これらのカメラは、アマチュア天文家が夜空の美しい画像を撮影することを可能にしただけでなく、より高度な技術を持つアマチュアがプロの天文家と協力して研究プロジェクトに取り組むことを促した。アマチュア向けロボット望遠鏡の開発の主な動機は、変光星の画像を延々と繰り返し撮影するなど、研究目的の天体観測を行うことの退屈さであった。
1998年、ボブ・デニーは、マイクロソフトのコンポーネントオブジェクトモデルをベースとした天体観測機器のソフトウェアインターフェース標準を考案し、それを天文学共通オブジェクトモデル（ASCOM）と名付けました。彼はまた、この標準の最初の例を、市販の望遠鏡制御および画像解析プログラム、そしていくつかのフリーウェアコンポーネントという形で作成し、公開しました。さらに、ダグ・ジョージを説得し、市販のカメラ制御ソフトウェアプログラムにASCOM機能を組み込ませました。この技術により、これらのアプリケーションを統合するマスター制御システムを、Perl、VBScript、またはJavaScriptで容易に記述することが可能になりました。デニーは、そのようなスクリプトのサンプルを提供しました。
数か月後、Sky & Telescope誌でASCOMが取り上げられたことをきっかけに、ボブ・デニー、ダグ・ジョージ、ティム・ロングといったASCOMの設計者たちが影響力を行使し、ASCOMは望遠鏡、CCDカメラ、望遠鏡用フォーカサー、天文台ドームなどのフリーウェアデバイスドライバのための、体系化されたインターフェース標準へと発展しました。その結果、アマチュア用ロボット望遠鏡はますます高度化し、信頼性も向上する一方、ソフトウェアのコストは大幅に低下しました。ASCOMは、一部のプロ用ロボット望遠鏡にも採用されています。
また、1998年には、オレゴン州コテージグローブ近郊のテナグラ天文台に、マイケル・シュワルツがロボット式の14インチ（360mm ）セレストロン・シュミットカセグレン望遠鏡を設置した。[ 6 ]
一方、ASCOMユーザーは、より高性能なマスター制御システムを設計し続けました。1999年、2000年、2001年に開催された小惑星アマチュア・プロフェッショナルワークショップ（MPAPW）および1998年、1999年、2000年、2001年、2002年、2003年に開催された国際アマチュア・プロフェッショナル光電測光会議で発表された論文には、ますます高度化するマスター制御システムが記録されています。これらのシステムの機能には、観測対象の自動選択、観測の中断や機会観測対象のための観測スケジュールの再編成、ガイド星の自動選択、高度なエラー検出および補正アルゴリズムなどが含まれていました。
リモート望遠鏡システムの開発は 1999 年に始まり、実際の望遠鏡ハードウェアでの最初のテスト実行は 2000 年初頭に行われました。RTS2 は主にガンマ線バーストの追跡観測を目的としていたため、観測を中断できる機能が設計の中核を成していました。開発中に、統合された観測所管理スイートになりました。その他の追加機能には、ターゲットと観測ログを保存するためのPostgresqlデータベースの使用、位置測定を含む画像処理の実行機能、リアルタイムの望遠鏡補正の実行、および Web ベースのユーザー インターフェイスが含まれます。RTS2 は当初から、独自のコンポーネントを一切使用しない完全なオープンソースシステムとして設計されました。マウント、センサー、CCD、屋根システムの増加に対応するために、独自のテキストベースの通信プロトコルを使用しています。RTS2 システムについては、2004 年と 2006 年に発表された論文で説明されています。[ 7 ]
計測機器中立分散インターフェース（INDI）は2003年に開発が開始されました。Microsoft Windows中心のASCOM標準とは異なり、INDIはClearSky InstituteのElwood C. Downey氏によって開発されたプラットフォーム非依存のプロトコルであり、ハードウェアデバイスとソフトウェアフロントエンド間の制御、自動化、データ収集、およびデータ交換をサポートします。
消費者市場に新たに登場したのがスマート望遠鏡です。スマート望遠鏡は、24mmから152mmの口径の望遠鏡と経緯台を組み合わせ、深宇宙天体の天体写真撮影用に設計されたソフトウェアをパッケージ化した、自己完結型のロボット式天体画像撮影装置です。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]これらは、GPSデータと自動星パターン認識（プレートソルビング）を使用して、向いている方向を検出します。ユーザーが天体を直接見ることができる光学系はなく、代わりに 画像スタッキングによって時間経過とともに撮影された画像を、内蔵のデジタルディスプレイ（通常は従来の接眼レンズのような形状）またはスマートフォンやタブレットに送信します。あらかじめプログラムされたオブジェクトのデータベース、あらかじめ決められた画像撮影ルーチン、および望遠鏡のセットアップ後すぐにエンドユーザーが天体写真撮影を開始できるモバイルアプリソフトウェアが付属しています。これらは遠隔操作が可能で、無人で一連の画像を収集できます。これらは、「ラッキーイメージング」や「スペックルイメージング」など、さまざまな天体写真撮影技術を自動化できます。 [ 11 ]イメージングシステムの設計は、比較的短い焦点距離と小さな光学系と相まって、惑星や月の撮影には最適ではありません。[ 12 ]例としては、フランスの企業Unistellarと Vaonisの Seestar と Dwarf モデルがあります。[ 13 ] [ 14 ]
これらのプロ仕様ロボット望遠鏡に関する詳細は、以下をご覧ください。
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です。インターネットを通じて望遠鏡の操作の概要を提供します。