ロボット望遠鏡

ロボット望遠鏡は、人間の介入なしに観測を行う天体 望遠鏡と検出器のシステムです。天文学の分野では、望遠鏡は、たとえ人間が夜の初めに観測を開始したり朝に終了したりする必要があるとしても、人間が操作せずに観測を行う場合、ロボット望遠鏡として分類されます。自動スケジュール設定など、さまざまな方法で支援する人工知能を使用したソフトウェアエージェントを備え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、機器はロボットとリモートの両方である可能性があります。

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公開された科学情報の圧倒的な割合を占めるようになりました。

ガンマ線バーストの初期段階の観測はすべてロボット望遠鏡によって行われた。^[要出典]

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) の操作、ドームまたは望遠鏡の筐体の制御、望遠鏡のフォーカサーの制御、気象条件の検出、および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、これらのさまざまなサブシステムは、ほとんどの場合ソフトウェア コンポーネントであるマスター制御システムによって統括されます。

ロボット望遠鏡は、クローズド ループまたはオープン ループの原理に基づいて動作します。オープン ループ システムでは、ロボット望遠鏡システムは、動作の結果を検査して適切に動作しているかどうかを確認せずに、自らを向けてデータを収集します。オープン ループ望遠鏡は、何か問題が発生した場合に制御システムがそれを検出して補正する方法がないため、信頼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 システムには、冗長入力を通じてその動作を評価し、エラーを検出する機能があります。このような一般的な入力としては、望遠鏡の移動軸上の位置エンコーダ、またはシステムの画像を評価し、露出時に 正しい視野に向けられていることを確認する機能などがあります。

ロボット望遠鏡のほとんどは小型の望遠鏡です。大型の観測機器は高度に自動化されている場合もありますが、無人で操作されるものはほとんどありません。

ロボット望遠鏡は、コンピューターへの電気機械インターフェースが天文台で一般的になった後に、天文学者によって初めて開発されました。初期の例は高価で、機能が限られており、ハードウェアとソフトウェアの両方で多数の独自のサブシステムが含まれていました。これが、ロボット望遠鏡の歴史の初期に開発が進まない原因でした。

1980 年代初めまでに、安価なコンピュータが利用できるようになり、実現可能なロボット望遠鏡プロジェクトがいくつか考案され、いくつかは開発されました。1985 年の Mark Trueblood と Russell M. Genet による著書、「Microcomputer Control of Telescopes」は、この分野における画期的な工学研究でした。この本の功績の 1 つは、基本的な天文学的計算のみを使用して望遠鏡を確実に向けることができない多くの理由 (中には非常に微妙な理由も) を指摘したことです。この本で探求されている概念は、1970 年代の第一世代の大型自動望遠鏡、特に3.9 メートルの Anglo-Australian Telescopeから登場した、 Tpointと呼ばれる望遠鏡マウント誤差モデリング ソフトウェアと共通の遺産を共有しています。

2004 年、一部のプロ用ロボット望遠鏡は、設計上の創造性に欠け、クローズド ソースおよびプロプライエタリ ソフトウェアに依存しているという特徴がありました。ソフトウェアは通常、設計された望遠鏡に固有のものであり、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、それを作成した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。プロ用システムは、一般に、非常に高い観測効率と信頼性を備えています。また、いくつかのプロ用施設で ASCOM テクノロジ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)。プロプライエタリ ソフトウェアの必要性は通常、研究資金をめぐる機関間の競争によって推進されます。

アイオワ大学は1980年代後半から、専門家によるロボット望遠鏡開発の最前線に立ってきました。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ありました1997年に私立のワイナー天文台のロボット遠隔望遠鏡であるアイオワロボット天文台を完成させました。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ました。2002年5月にはリゲル望遠鏡を完成させました。リゲルはOptical Mechanics, Inc.によって構築され、Talonプログラムによって制御された0.37メートル（14.5インチ）のF/14望遠鏡でした^{。 [4]}これらはすべて、より自動化され実用的な天文台への進歩でした。

現在最大のロボット望遠鏡ネットワークの 1 つは、英国の大学のコンソーシアムによって運営されているRoboNetです。リンカーン地球近傍小惑星調査(LINEAR) プロジェクトは、プロ仕様のロボット望遠鏡のもう 1 つの例です。LINEAR の競合相手であるローウェル天文台地球近傍天体探索、カタリナ スカイ サーベイ、スペースウォッチなども、さまざまなレベルの自動化を開発しています。

1997年、ROTSE（ロボット光学過渡現象探索実験）広視野望遠鏡アレイ（ROTSE-I）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月下旬にはロボット操作が完全に自動化され、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、初の完全自律型閉ループ ロボット望遠鏡となり、GRB応答、X線過渡現象およびソフト 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からの最初の即時光バーストは、GRB 990123のROTSE-Iによって発見されました。ROTSE-IIIプロジェクトには、2003年に運用を開始したROTSE-I運用アプローチに基づく4台の0.5メートル望遠鏡が含まれました。最初の超高輝度超新星が発見されたのは、ROTSE-III観測によるものでした。

2000 年に設計された RAPid Telescopes for Optical Response (RAPTOR) プロジェクトは、2002 年に全面展開を開始しました。このプロジェクトは、Tom Vestrand と彼のチーム (James Wren、Robert White、P. Wozniak、Heath Davis) が主導しました。広視野装置の 1 つが初めて点灯したのは 2001 年後半でした。2 番目の広視野システムは 2002 年後半にオンラインになりました。閉ループ操作は 2003 年に始まりました。RAPTOR の当初の目標は、衛星トリガーに確実に応答し、さらに重要なことに、トランジェントをリアルタイムで識別してソースの位置を知らせるアラートを生成し、他の大型の望遠鏡で追跡観測できるようにする地上望遠鏡システムを開発することでした。この目標は両方とも達成されました。現在^{[いつ? ]} RAPTOR は再調整され、Thinking Telescopes Technologies プロジェクトの主要ハードウェア要素となっています。^[5]その新たな任務は、これまでで最も先進的なロボットソフトウェアを使用して、持続的なソースの興味深く異常な動作を探すために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。モザイクは、深さ12等級まで約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4度、深さ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のは、他の2つの運用望遠鏡です。最初のものは、16等級までのモザイク16平方度の視野を備えた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19〜20等級、カバー範囲0.35度の0.4m OTAです。現在、さらに3つのシステムの開発とテストが行​​われており、今後2年間で段階的に導入される予定です。すべてのシステムは、3 秒で空のどの地点にも到達できる、特注の高速旋回マウントに取り付けられています。RAPTOR システムは、ロスアラモス国立研究所 (米国) の敷地内にあり、研究所の直接研究開発資金によってサポートされています。

2004 年現在、ロボット望遠鏡のほとんどはアマチュア天文学者の手に渡っています。アマチュア 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 カメラが利用できるようになったことでした。これらのカメラにより、アマチュア天文学者は夜空の美しい画像を撮影できるようになっただけでなく、より高度なアマチュアがプロの天文学者と協力して研究プロジェクトに取り組むようになりました。アマチュア ロボット望遠鏡の開発の背後にある主な動機は、変光星の画像を際限なく繰り返し撮影するなど、研究指向の天文観測を行うことの退屈さでした。

1998 年、ボブ デニーは、 Microsoftのコンポーネント オブジェクト モデルに基づいて、天文機器のソフトウェア インターフェイス標準を考案し、これをAstronomy Common Object Model (ASCOM) と名付けました。また、彼はこの標準の最初の例を、市販の望遠鏡制御および画像分析プログラム、およびいくつかのフリーウェア コンポーネントの形で作成して公開しました。また、彼はダグ ジョージを説得して、ASCOM 機能を市販のカメラ制御ソフトウェア プログラムに組み込むようにしました。このテクノロジにより、これらのアプリケーションを統合したマスター制御システムを、 perl、VBScript、またはJavaScriptで簡単に作成できるようになりました。その種のサンプル スクリプトは、デニーによって提供されました。

数か月後、Sky & Telescope誌で ASCOM が取り上げられた後、 Bob Denny、Doug George、Tim Longなどの ASCOM設計者がASCOM に影響を与え、望遠鏡、CCD カメラ、望遠鏡フォーカサー、天文台ドーム用のフリーウェア デバイス ドライバーの体系化されたインターフェイス標準のセットが誕生しました。その結果、アマチュア用ロボット望遠鏡はますます洗練され、信頼性が高まり、ソフトウェアのコストは大幅に削減されました。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（360 mm）セレストロンシュミットカセグレン望遠鏡を設置して建設した。^[6]

一方、ASCOM ユーザーは、さらに高性能なマスター コントロール システムを設計しました。1999 年、2000 年、2001 年の Minor Planet 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 年の国際アマチュア 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、ますます高度なマスター コントロール 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、機会のあるターゲットの観測を中断または観測スケジュールを変更する機能、ガイド星の自動選択、高度なエラー検出および修正アルゴリズムなどがあります。

リモート望遠鏡システムの開発は 1999 年に始まり、2000 年初頭に実際の望遠鏡ハードウェアで最初のテストが行​​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、観測を中断する機能が設計の中核でした。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、天体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、Web ベースのユーザー インターフェイスなどがあります。RTS2 は最初から完全にオープン ソースシステムとして設計されており、独自のコンポーネントはありません。マウント、センサー、CCD、ルーフ システムのリストが増えるのに対応するために、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]

Instrument Neutral Distributed Interface (INDI) は 2003 年に開始されました。Microsoft Windows中心の ASCOM 標準と比較すると、INDI は ClearSky Institute の Elwood C. Downey によって開発されたプラットフォームに依存しないプロトコルであり、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、データ取得、交換をサポートします。

消費者市場に最近登場したのがスマート望遠鏡です。これは、小型（直径50mm～114mm）望遠鏡とマウント、および深宇宙オブジェクトの天体写真撮影用に設計されたパッケージ済みのソフトウェアを組み合わせた、自己完結型のロボット天体撮影デバイスです。^{[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、向いている場所を見つけます。ユーザーが天体を直接見ることができる光学システムは備えておらず、代わりに、時間の経過とともにキャプチャされた画像を 画像スタッキングによって内蔵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）またはスマートフォンやタブレットに送信します。スマート望遠鏡には、事前にプログラムされたオブジェクトのデータベース、事前に決定された画像撮影ルーチン、およびエンドユーザーが望遠鏡をセットアップするとすぐに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。リモート操作が可能で、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、天体写真撮影のさまざまな技術を自動化できます。 ^[11]比較的小さな光学系と組み合わせたイメージングシステムの設計は、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 のモデルがあります。^{[13] [14]}

これらのプロフェッショナル ロボット望遠鏡の詳細については、以下を参照してください。

• トラピスト、60 cm、ラシージャ、チリ。
• T80S、80 cm、トロロ、チリ。
• スーパーロティス、60 cm、米国アリゾナ州キットピークのスチュワード天文台。
• リバプール望遠鏡（ロボット望遠鏡）、2.0 m、カナリア諸島ラパルマ島
  • フォークス望遠鏡北、2.0 m、ハレアカラ天文台、ハワイ
  • フォークス望遠鏡南、サイディングスプリング天文台、ニューサウスウェールズ州、オーストラリア
  • RoboNet、複数の場所
• 米国カリフォルニア州ハミルトン山のリック天文台。
  • 自動惑星ファインダー、2.4 m、
  • カッツマン自動撮像望遠鏡、76 cm
• Slooh の望遠鏡、さまざまなサイズと場所。
• ラピッド アイ マウント 望遠鏡、60 cm、ラ シヤ、チリ
• TAROT-South ロボット天文台、25 cm、ラ・シヤ、チリ
• ブラッドフォード ロボット望遠鏡、35.5 cm、テイデ天文台、カナリア諸島
• ワーナー・アンド・スウェイジー天文台#ナッソーステーションロボット天文台、91 cm、ワーナー・アンド・スウェイジー天文台、オハイオ州、米国
• Observatorio Astronómico de La Sagra、3× 45 cm、グラナダ、スペイン
• ROTSE-IIIb、45 cm、マクドナルド天文台、テキサス州、米国
• 成長、70 cm、
• インド天文台、ラダック、インド
• 小型高速応答ロボット望遠鏡のマスターネットワーク
• タイ NARITタイロボット望遠鏡、タイ国立天文研究所（公的機関）タイ。
• RAPTOR（望遠鏡）、フェントンヒル
• ミルティン・ミランコヴィッチ、140 cm、ベオグラード天文台、ヴィドイェヴィツァ天文台、ヴィドイェヴィツァ山、セルビア。

• 望遠鏡の種類一覧
• リモート テレスコープ マークアップ言語

• 仮想望遠鏡プロジェクト 仮想望遠鏡プロジェクトのロボット施設。
• プロフェッショナル ロボット望遠鏡のリスト (地図と統計情報付き)。
• 「ロボット望遠鏡: ワールドワイドウェブ上のインタラクティブ展示」 1994. CiteSeerX  10.1.1.51.9564 : {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）インターネットを通じて望遠鏡の操作の概要を提供する必要があります