A consistency check for the calibration of 5303Å solar coronal emission line observations with Aditya-L1/VELC

技術要約：5303ÅにおけるAditya-L1/VELCの放射計校正

問題提起
太陽コロナの定量的研究には、検出器のカウント数を絶対的な輝度の物理単位に変換するための精密な放射計校正が必要である。地上設置型のコロナグラフは、観測時間や天候による制限を受けるが、Aditya-L1ミッションの可視放射線コロナグラフ（VELC）のような宇宙設置型観測装置は連続的なモニタリングが可能である。しかし、従来の実験室光源を使用することができないため、軌道上での絶対校正を行うことは困難である。過去の宇宙コロナグラフ（SoHOのLASCOやSolar OrbiterのMETISなど）は、光度校正のために明るい恒星や惑星（木星など）の観測に依存してきた。VELCは、強烈なディスク光を安全に減衰させることができれば、太陽自体を校正源として利用するという、これまで宇宙コロナグラフでは採用されてこなかった手法を用いる独自の機会を提供している。

手法
著者らは、VELCの5303Åチャネルの放射計校正を検証するために、二系統のソースを用いたアプローチを採用した：

1. 太陽円盤観測（主要校正ソース）：

   • 減衰： 太陽の円盤光（コロナよりも約$10^6$倍明るい）による検出器の飽和を防ぐため、147 mmの入射開口（EA）内の45 mm開口部に、5303Åにおいて約$0.64 \times 10^{-4}$の透過率を持つカスタムメイドの中性密度（ND）フィルタを配置した。
   • ポインティング： 減衰された円盤光が内部オカルターに当たることなく視野に入るよう、衛星を太陽中心から$\pm 16'$オフポイントさせた。
   • 測定： スリット4を用いて観測を行った。太陽円盤の中心における測定された検出器カウントを記録し、露光時間、ゲイン、およびNDフィルタの透過率で補正した後、フルサイズのEAに正規化した。

2. シリウスA観測（整合性チェック）：

   • セットアップ： オカルターをシリウスAに合わせるために衛星を$135^\circ$オフポイントし、EAシャッターを開放した（NDフィルタは使用しない）。星が視野に入るよう、$\pm 19'$オフポイントさせた。
   • 測定： シリウスAの検出器カウントを測定し、露光時間とゲインで補正した。
   • PSF測定： シリウスAの空間プロファイルから点広がり関数（PSF）を導出した。

3. 相互検証：

   • 著者らは、校正された太陽円盤フラックスと、1 AUにおける太陽とシリウスAの既知のフラックス比（L1におけるフラックスは地球におけるフラックスと等しいと仮定）に基づき、シリウスAの期待される検出器カウントを算出した。この期待値と、実際に測定されたシリウスAのカウントを比較した。

主な貢献

• 新規な校正アプローチ： 本論文は、NDフィルタによって減衰させた太陽自身の円盤光を用いて、宇宙ベースのコロナグラフの放射計校正を行うことに成功したことを示しており、これは他のミッションで使用されている星ベースの校正法に代わる選択肢となる。
• 軌道上安定性の検証： 本研究は、複数のエポックにおける測定値を比較することにより、2年間の運用期間におけるVELC計器の安定性を検証している。
• PSF特性評価： VELCの5303Åチャネルの空間分解能（半値全幅：FWHM）を、シリウスAを用いて直接測定した。

結果

• 太陽円盤フラックス： NDフィルタと開口比の補正後、太陽円盤の中心に対応する推定検出器カウントは、約$(1.70 \pm 0.12) \times 10^8$ counts sec$^{-1}$である。これは、5303Åにおいて約$3.0456 \times 10^6$ erg sec$^{-1}$ cm$^{-2}$の太陽フラックス（1 AUにおいて）に相当する。
• シリウスAの整合性：
  • 期待されるカウント： 太陽円盤校正と既知の恒星フラックスに基づくと、シリウスAの期待される検出器カウントは約$19 \pm 1.4$ counts sec$^{-1}$である。
  • 測定されたカウント： 実際に測定されたシリウスAのカウントは約$23 \pm 0.4$ counts sec$^{-1}$である。
  • 一致度： 著者らは、約4カウントの差（シリウスの測定値に対する約17%の不一致）があることを指摘している。しかし、これは暗い星に対して必要な長い100秒間の露光時間に付随する統計的誤差（誤差範囲は$\pm 4$カウント）によるものと考えており、一致は「妥当である」と結論付けている。
• 空間分解能： VELC 5303Åチャネルの点広がり関数（PSF）の半値全幅（FWHM）は約$3.8''$（3ピクセル）である。

意義と主張
本論文は、シリウスAに対する期待値と観測値の間の妥当な一致が、シリウスAを用いた整合性チェックとして機能していると主張している。これにより、太陽円盤光の観測を用いたVELCの放射計校正が検証された。著者らは、この手法は、コロナ観測で使用される露光時間に近いデータを用いて校正データを取得できるため、暗い恒星ターゲットに必要とされる長い露光時間に関連する不確実性の伝播を回避できるという利点があると強調している。結果は、VELCが期待通りに機能していることを裏付けており、太陽円盤校正を介して5303Åにおけるコロナ輝度測定値を絶対的な物理単位に変換することは、宇宙ベースの太陽コロナグラフにとって実行可能かつ堅牢なアプローチであることを示している。