高精度視線速度系外惑星探査装置[1] （こうせいどしせんそくどけいがいわくせいたんさそうち、英語: High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher, HARPS）は、ヨーロッパ南天天文台 (ESO) が2003年から運用している太陽系外惑星の観測装置である。

HARPSはチリのラ・シヤ天文台にある3.6m望遠鏡に設置された分光器で、視線速度法と呼ばれる方法で太陽系外惑星の観測を行っている。視線速度法とは、恒星のスペクトルに現れる光のドップラー効果を測定し、惑星の公転が引き起こす恒星の動きを明らかにする技法である。HARPSは恒星の視線方向の動きを時速3.5kmの精度で測定できる[2][3]。

HARPSの観測チームは2009年10月に32個の太陽系外惑星を報告し、HARPSが発見した惑星は75個に達した。その中にはスーパーアースなどの小型の惑星が数多く含まれる[2]。ESOの発表によると、2009年時点で知られていた28個の低質量（地球の20倍以下）惑星のうち、24個がHARPSによって発見されたものとされている[2]。
開発

1998年5月、 ESOは1m/sの視線速度の測定精度を持つ太陽系外惑星観測用の分光器を新たに調達することを発表し、その開発を行う研究機関を公募した[4]。これに応えてスイスのジュネーブ天文台、ドイツのベルン大学、フランスのオートプロバンス天文台が共同で新型分光器の開発を行うことを提案した[4]。その後フランス国立研究センターによってこれらの研究機関をまとめたコンソーシアムが設立され、そこでHARPSの開発を行うことになった[4]。

2000年8月にESOとコンソーシアムの間で取り交わされた合意では、コンソーシアムが資金負担の上で、HARPSの分光器本体の開発を行い、ESOが3.6m望遠鏡とHARPSを繋ぐためのファイバーアダプターとファイバーリンク、検出器、HARPS本体の設置スペースを提供することとなった。また開発の見返りとしてESOは、HARPS運用開始から5年間、HARPSと3.6m望遠鏡の占有権を年間100夜分コンソーシアムに提供する[5]

完成したHARPSは2003年1月にESO 3.6m望遠鏡に設置され、2003年2月11日にファーストライトを行った[4]。その後は試運転を行い、2003年9月末にはHARPSはコンソーシアムからラ・シヤ天文台に引き渡され、科学コミュニティ向けに利用機会の提供が始まった[4]。

性能と設計

HARPSは当初から太陽系外惑星を視線速度法で観測することを目的とし、1m/sの精度で恒星の視線速度を測定できることを目標に設計された[4][5]。HARPSは安定性に特別な注意が払われていることを除けば通常の天体観測用分光器と大差のない設計になっている。HARPSの光学系の設計は先に開発されていた高分散・広波長帯分光器であるUVESをベースにしており、エシェル回折格子はUVES用に開発されたものを使用していた[5]。

HARPSの基本構造はファイバー供給式クロス分散エシェル分光器である[4]。分光器本体は望遠鏡から分離して設置され、望遠鏡の焦点面に集まった観測対象の光は接続ユニットと光ファイバーを通じて分光器本体に届けられる。主たる分散はエシェル回折格子によって行い、クロス分散素子によって二次的な分散を行い、電磁スペクトルはCCDセンサー上に二次元的な配列の形で投射されて記録される。

検出器システムは2枚の画素ピッチ15μm 4k ×2k画素のE2V社製44-82型CCDセンサーのモザイクからなり、全体として4k×4k画素、物理寸法62.7x61.4mmの焦点面を形成している[5]。2枚のCCDはそれぞれにJasmin Linda のニックネームが付けられている[5]。検出器ユニットは光学系の他の部分から独立して冷却される[5]。

ファイバーアダプターはharps本体とは異なり、ラ・シヤ天文台の工学部門により開発された。アダプターはいくつかの機器を内蔵している[5]アダプターからHARPS本体に伸びる光ファイバーは2本あり、直径は90マイクロメートルのものを使い、鋼で編まれたチューブで被覆し保護している。光ファイバーの長さは38mに達する[5]。

波長分解能は微小なドップラーシフトを捉えるためにR（着目する波長をその波長における最小波長読み取り幅で割った数値）=115,000という高い波長分解能を有している。波長カバー範囲は380-690ナノメートルの可視光領域である[4]。

HARPSは高い視線速度の測定能率を持つべく設計されている。これは最小の露光時間で高精度の視線速度の測定が可能となるように最適化されていることを意味する[4]このためにHARPSは基礎的に高い波長分解能とスループットを持つように設計されている。高い波長分解能と高いスループットという2つの要件は相反する関係にあり、最終的な測定能率が最良となるように性能のバランスが選ばれている[5]。バランスを最適化した上で性能を向上させる手段は回折格子を可能な限り大型化しそこに可能な限り大径のコリメート光束を入射させることであった。当時入手可能な最大の一枚板の回折格子のサイズは837×238mmだった（これは同じく天体観測用の分光器UVES向けに開発されていたものだった）[5]。

HARPSの高い安定性は分光器本体を非常に安定した気圧・温度環境に置くことで実現されている。気温・気圧の変動は主要な誤差要因であり1ミリバールの気圧変化あるいは1℃の気温変化は視線速度の測定値におよそ100m/sもの変化をもたらすと見積もられている[4][5]。気圧変動に起因する測定値の系統誤差を避けるために分光器本体を真空容器に収め、内部を常時0.01ミリバール以下に減圧している。温度については、一日の変動を二乗平均平方根で0.001℃に抑えている[4]。容器の冷却は行っておらず、温度は約17℃である。整備に伴う容器の開閉を減らして安定性を高めるため、容器内の光学系は可動部品を可能な限り使用しないよう設計されている（唯一の可動部品としてフォーカスユニットがある）[5]。また、HARPSが設置されている3.6m望遠鏡クーデ焦点室自体も温度が管理されている[5]。

波長較正のためにトリウム-アルゴンホロカソードランプを使用する光源装置を備えており[4]、この光源もまた光ファイバーを通じて分光器本体に投入し、ランプの発する輝線スペクトルを観測対象のスペクトルと同時に並列してセンサー上に投影することによって安定した波長較正を実現している。