Frontier Challenges in Astronomical Observations --- The Pan-STARRS Project 紐 立 理 Wen-Ping Chen PhD in Astronomy, State University of New York at Stony Brook Current Position Professor of Graduate Institute of Astronomy, National Central University 異 靈 度 參 (Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System; Pan-STARRS) 利 14 (orthogonal transfer) CCD 行 亮度 見 ABSTRACT Advance in instrumentation in observational astronomy has been leaping---ever increase in the telescope aperture, improved sensitivity and larger focal-plane coverage in the detector technology. This article describes the hardware and software development of Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System), a telescope facility for which Taiwan is involved in the scientific operations, together with an elite group from the US, Germany and the UK, to patrol the entire visible sky once a week by employing wide-field optics, and a CCD camera with 1.4 gigapixels that makes use of an innovative orthogonal transfer technology. Pan-STARRS will be a powerful tool to identify celestial objects variable in position or in brightness, and will revolutionize optical observations in time-domain astrophysics.
1. 理論 讀 來 了 理論 利 理 了 數 行 數來 了 離 來 靈 度 度 靈 度 率 度 例 雷 良 度 料 離 靈 度 便 錄 年 了 更 靈 度 更 度 不 Atacama Large Millimeter /submillimeter Array (ALMA) 1 利北 5000 Chajnantor 數 12 列 150 18 里 度 0.005 了 見 20 30 2 James Webb Space Telescope (JWST) 力 2. 領 (Pan-STARRS, Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) 1 了靈 度 度 索 年 來 年 NASA 年 行 行 1 http://www.alma.cl/ 2 http://www.tmt.org/
6 金 行 行 1.8 列 (PS 4) 14 數 度 6000 度 度 24 數 識 例 行 亮度 例 料 率 (Survey Power) SP = AΩ/θ 2 A [m 2 ] Ω[deg2] 立 離 AΩ θ[arcsec] (full-width at half maximum) 說 度 寧 度 (seeing) 度 量 靈 度 列 數 2 率 CFHT Subaru 行 例 LINEAR Spacewatch 了兩 數量 Large Synoptic Survey Telescope (LSST) 率 率 落 料 力 Jewitt 2003 [m] [m 2 ] Ω [deg 2 ] θ [ ] LINEAR 1.0 0.8 2 2.5 0.2 行 Spacewatch 0.9 0.6 3 1.5 0.8 行 Palomar/QUEST 1.2 1.1 16.6 2 4.6 行 CFHT/Megacam 3.6 10 1.00 0.6 28 行 Subaru/Suprimecam 8.0 45 0.25 0.6 35 行 Pan-STARRS 3.6 10 7 0.5 280 2008+ LSST 8.3 54 7 0.6 1050 2012? SP 狀 3. 料 略
3.1 Ritchey-Chretien f/4 蘭 (PS4) (mount) (PS1) (a) Pan-STARRS 路 1.8 蘭 (b) (c) 蘭 率 Digital Sky Survey (DSS) 羅 (Mount Palomar) 48 (Palomar Observatory Sky Survey, POSS) 1948 年 藍 (Kodak 103a-O) (Kodak 103a-E) 利 量 6.6 度 20~
22 類 靈 度 POSS 行 1958 年 了 年 陸 不 U.K. 1970 年 行 便 DSS 料 DSS 行 DSS 利 量 70 30 便 23.5 靈 度 POSS CCD 率 3.2 CCD (charge-coupled device) 林 (Lincoln Laboratory) 3, 4, 5 了 率 1 度 良 力 45 14 (pixel) 0.26 GigaPixel Camera (GPC) 2 讀 GPC 讀 不 兩 3 良率 (yield rate) 省 4 on-chip guiding 利 行 5 亮 6 2 5 列 (array) 念 6 (orthogonal transfer, OT) CCD 理 洞 力 累 (potential well) 讀 列 列 讀 了 讀 度 不 讀 GPC CCD 列 (cell) 立讀 (independently addressable) 64 Orthogonal Transfer Array (OTA) 60 OTA 了離 離 落
立 率 例 2K x 4K 15- CCD 率 25 GPC 8 x8 OTA 2-3 不 路 讀 路 讀 度 立 了亮 理 亮 度讀 來 不 (dynamical range) (a) OTA 64 OTCCD OTCCD 600 x 600 (b) GPC 60 OTA 讀 利 OT 亮 不 綠 OTA 亮 狀 便 利 (adaptive optics) 路 例 OT 利 類
六 利 3.3 (Big Island (Mauna Kea) PS1 GPC 料 理 (Maui) 里 拉 (Haleakala) 論 率 度 不 易 度 理 度 年 見 3 立 PS1 Haleakala PS4 Mauna Kea
里 拉 見 3.4 料 GPC 2 Gigabytes 30 累 料量 數 Terabytes 量 料 論 理 了 量 例 CCD 量 90 了 列 靈 度 力 了 GPC 數 料流 來 錄 Image Processing Pipeline (IPP) 理 亮度 錄 不 不 便 Moving Object Processing System (MOPS) 流 理 例 不 了 來 Google Sky 良 料 料 料 Published Science Product Subsystem (PSPS) 說 料量暴 類
料 行 不 料 料流 3.5 PS1 行 年 例 量 料 濾 不 亮度 來
濾 (Asahi ) 1 行 (Kuiper-belt Object) 行 例 行 PS1 度 數 亮度 離 度 了 例 度 更 度 度 亮度 了 數 不 0.3 度 0.7 良 不 例 料 4. 度 (Science Council) 理 GPC 2007 年 2009 年 了 Max Planck Institute for Astronomy in Heidelberg, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Garching Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics/ the Las Cumbres Observatory Johns Hopkins University 金 Durham University/University of
Edinburgh/Queen s University Belfast 20 30 來 了 料 量 度 鹿林 兩 5 6 度 PS1 2007 年 12 2 女 M31 M51 螺 良
參 料 1. N. Kaiser, et al. Pan-STARRS --- A Large Synoptic Survey Telescope Array, in Survey and Other Telescope Technologies and Discoveries, Ed. J. Anthony Tyson, Sidney Wolf, Proceedings of SPIE, 4836, 154 (2002) 2. D. Jewitt, Project Pan-STARRS and the Outer Solar System, Earth, Moon, and Planets, 92, 465 (2003) 3. J. L. Tonry, Burke, B. E., & P. L. Schechter, The Orthogonal Transfer CCD, Pub. of the Astronomical Society of the Pacific, 109, 1154 (1997) 4. J. L. Tonry, G. A. Luppino, N. Kaiser, B. Burke, & G. H. Jacoby, Rubber Focal Plane for Sky Surveys, Proceedings of the SPIE, 4836, 206 (2002) 5. J. L. Tonry, B. Burke, P. M. Onaka, G. A. Luppino, & M. J. Cooper, Orthogonal Transfer Array, in ``Scientific Detectors for Astronomy 2005'', Astrophysics and Space Science Library, 336, 281 Kluwer (2006)