せいめい望遠鏡GAOES-RVのデータについてIRAF上で一般的なR ∼ 65,000のエシェル分光器のスペクトルとして解析をおこなう方法を解説します。

せいめい望遠鏡観測環境でのQLについてはこちらの手順（フラットの作成）からおこなえばよいです。

GAOES-RVスペクトルのスリット長方向はCCDの画素列と平行ではありません。
したがって、分散方向に一度に 1 ピクセルずつトレースし、波長較正を行った上で加算する必要があります。

このプロセスは、以下の IRAF cl-script を使用して実行できます。

    https://github.com/chimari/hds_iraf

スクリプトは、Subaru/HDS の解析パッケージに含まれています。
gaoes パッケージは IRAF v2.16.2、V2.17、および PyRAF 環境で動作することを確認しています。

hds_iraf パッケージのインストール

1. すべての hds_iraf パッケージをダウンロードし、以下を login.cl に追加してください。

   set    hdshome = 'home$IRAF/hds_iraf/'
   task   $hds.pkg = 'hdshome$hds.cl'
   set    obsdb    = "hdshome$obsdb.dat"
   set    gaoeshome = 'home$IRAF/hds_iraf/'
   task   $gaoes.pkg = 'gaoeshome$gaoes.cl'

   
   * ''home$IRAF/hds_iraf/'' の部分はあなたの環境（どこにhds_iraf パッケージを置いたか）にあわせて変更してください。
2. IRAFを起動して gaoes パッケージを呼び出します。

   ecl> gaoes
     ***************************************************************
     ***************************************************************
     **         Seimei GAOES-RV IRAF Reduction Package            **
     ************************** CAUTION !!! ************************
     ** This package is always under development.                 **
     ** Check the latest package via                              **
     **       git clone https://github.com/chimari/hds_iraf       **
     **                                                           **
     **     This package is developed by Akito Tajitsu (NAOJ)     **
     **                               last update : 2023/03/27    **
     ***************************************************************
     ***************************************************************
   
         gaoes_comp        gaoes_linear      gaoes_overscan    mkblaze           wacosm11
         gaoes_ecfw        gaoes_linstab     grql              sed               wacosm3
         gaoes_flat        gaoes_linstat     hdsmk1d           wacosm1
   gaoes>

3. hds_iraf パッケージのその他の機能については こちら（すばるHDSのページ）をご覧ください。

    http://www.o.kwasan.kyoto-u.ac.jp/inst/gaoes-rv/GAOES-RV_ql-20240926.tar.gz

アーカイブにはリファレンス フレームとデータベース ファイル （アパーチャ、フラット、コンパリソン、マスク、およびブレ－ズ関数）、および QL アプリケーション（grlog）用の Python スクリプト が含まれています。
アーカイブを展開し、"GAOES-RV_ql/"ディレクトリを適当な場所に配置します （HOME$/IRAF/GAOES-RV_ql/ を grlogでのデフォルトとしています）。

Start

1. 新規にワークディレクトリを作成します。
2. リファレンスとデータベースファイルを ''GAOES-RV_ql/'' 下からワークディレクトリにコピーします。
3. 以上をおこなうとワークディレクトリの構造は以下のようになっているはずです。

   work
   ├── Ap.GAOES-RV.f8(fc).fits
   ├── ThAr.GAOES-RV.f8(fc).center.fits
   ├── Mask.GAOES-RV.ocs_ecfw.fits
   ├── cBlaze.GAOES-RV.f8(fc).fits
   └── database
       ├── apAp.GAOES-RV.f8(fc)
       └── ecThAr.GAOES-RV.f8(fc).center

   "f8" は八角形断面のファイバーで作成したファイル、"fc"は円形断面のファイバーで作成したファイルになります。使用したファイバーに合わせて以下読み替えてください。

フラットの作成

1. GRA以下8桁の数字を羅列した以下のようなフラット画像のリストを作ります。

   00000299
   00000300
   00000301
   00000302
   00000303
   00000304
   00000305
   00000306
   00000307
   00000308
   00000309
   00000310
   00000311
   00000312
   00000313

   以下のコマンドで簡単に作ることができます。

   seq -f "%08g" 299 313 > flat.in

2. タスク ''gaose_flat''を使用します。

   PACKAGE = hds
      TASK = gaoes_flat
   
   inlist  =              flat.in  input flat image list
   indirec = /home/taji/work4/20221015  directory of RAW data
   outimg  =         Flat20221015  output flat image
   
   (ref_ap =       Ap.GAOES-RV.f8) Aperture reference image
   (apflag =                  yes) Create new aperture reference? (yes/no)
   (new_ap =           Ap20221015) New aperture image
   
   (st_x   =                  -54) Start pixel to extract
   (ed_x   =                   53) End pixel to extract
   
   (scatter=                  yes) apscatter? (yes/no)
   (normali=                  yes) apnormalize? (yes/no)
   
   (mode   =                    q)

   • inlist : 作成したリストファイル
   • indirec : 生データのあるディレクトリ
   • outimage : 作成するフラット画像のファイル名 （散乱光除去後に''.ac''、規格化後にさらに''.nm''がこれに付加されます。）

   • ref_ap : アパーチャーリファレンス （リファレンスパッケージに入っている ''Ap.GAOES-RV.f8''を指定します）
   • apflag : 作成したフラットから新規にアパーチャーを作成するかどうか？ （通常は''yes''）
   • new_ap : 作成するアパーチャーファイル名

   • st_x : スペクトルの写っている最小ピクセル （GAOES-RVでは ∼ -54）
   • ed_x : スペクトルの写っている最大ピクセル （GAOES-RVでは ∼ 53）

   • scatter : 散乱光の除去をするかどうか？ （通常は''yes''）
   • normalize : 規格化フラットを作成するかどうか？ （通常は''yes''）
3. 以上のパラメータでタスク ''gaoes_flat''を実行すると以下のファイルが作成されます。
   • Flat20221015.fits （imcombined 済みのフラット）
   • Flat20221015.sc.fits （apscatterで散乱光を除去されたフラット）
   • Flat20221015.sc.nm.fits （さらにapnormalizeで規格化されたフラット）⇒ Input 2 for ''grql''
   • Ap20221015.fits （アパーチャーリファレンス） ⇒ Input 1 for ''grql''
   • database/apAp20221015 （アパーチャーのデータベース）

コンパリソンの作成

1. タスク ''gaose_comp''を使用します。

PACKAGE = hds
   TASK = gaoes_comp

inid    =             00000315  input ID of ThAr frame
indirec = /home/taji/work4/20221015  directory of RAW data
outimg  =         ThAr20221015  output comparison image

(ref_ap =           Ap20221015) Aperture reference image
(ref_com= ThAr.GAOES-RV.f8.center) Wavelength reference (1D comparison) image

(mode   =                    q)

• inid : ThArフレームのGRA以下 8桁数字
• indirec : 生データのあるディレクトリ
• outimg : 作成するコンパリソンのファイル名

• ref_ap : アパーチャーのリファレンス （上記''gaoes_flat''で作成したものを指定します）
• ref_com : 波長較正済みリファレンス （ダウンロードしたリファレンスパッケージ中の ''ThAr.GAOES-RV.f8.center''を指定します）
2. 上記のパラメータでgaoes_compを実行すると以下のファイルが作成されます。
   • ThAr20221015.fits （オーバースキャン済み 二次元のコンパリソン画像） ⇒ Input 4 for ''grql''
   • ThAr20221015.center.fits （中央1ピクセルをトレースして一次元化されたコンパリソンスペクトル） ⇒ Input 3 for ''grql''
   • database/ecThAr20221015.center （上記一次元化スペクトルの波長較正データベース）

天体画像の解析

1. 上記でフラットとコンパリソンを作成したのちにタスク ''grql''で天体画像の解析をおこないます。

   PACKAGE = gaoes
      TASK = grql
   
   inid    =             00000944  Input frame ID
   (indirec=                   ..) directory of RAW data
   
   (batch  =                   no) Batch Mode?
   (inlist =                     ) Input file list for batch-mode
   
   (interac=                  yes) Run task interactively? (yes/no)
   
   (ref_ap =       Ap.GAOES-RV.fc) Aperture reference image
   (flatimg= Flat.GAOES-RV.fc.sc.nm) ApNormalized flat image
   (thar1d = ThAr.GAOES-RV.fc.center) 1D wavelength-calibrated ThAr image
   (thar2d =     ThAr.GAOES-RV.fc) 2D ThAr image
   
   (st_x   =                  -54) Start pixel to extract
   (ed_x   =                   53) End pixel to extract
   
   (cosmicr=                  yes) Cosmic Ray Rejection?
   (scatter=                  yes) Scattered Light Subtraction?
   (ecfw   =                  yes) Extract / Flat-fielding / Wavelength calib.?
   (getcnt =                  yes) Measure spectrum count?
   (mk1d   =                   no) Make order combined 1d spectrum?
   (splot  =                  yes) Splot Spectrum?
   
                                   ### Cosmic-Ray Rejection. ###
   (cr_proc=               wacosm) CR rejection procedure (wacosm|lacos)?
                                   ### Parameters for wacosm11 ###
   (cr_wbas=                2000.) Baseline for wacosm11
                                   ### Parameters for lacos_spec ###
   (cr_ldis=                   no) Confirm w/Display? (need DS9)
   (cr_lgai=                 1.67) gain (electron/ADU)
   (cr_lrea=                  4.4) read noise (electrons)
   (cr_lxor=                    9) order of object fit (0=no fit)
   (cr_lyor=                    3) order of sky line fit (0=no fit)
   (cr_lcli=                  10.) detection limit for cosmic rays(sigma)
   (cr_lfra=                   3.) fractional detection limit fro neighbouring pix
   (cr_lobj=                   5.) contrast limit between CR and underlying object
   (cr_lnit=                    4) maximum number of iterations
   
                                   ### Scattered-light Subtraction ###
   (sc_inte=                  yes) Run apscatter interactively?
   
                                   ### Get Spectrum Count. ###
   (ge_line=                    2) Order line to get count
   (ge_stx =                 2150) Start pixel to get count
   (ge_edx =                 2400) End pixel to get count
   (ge_low =                   1.) Low rejection in sigma of fit
   (ge_high=                   0.) High rejection in sigma of fit
   
                                   ### Make 1D spectrum ###
   (m1_blaz=                     ) Blaze Function
   (m1_mask=                     ) Mask Image
   (m1_stx =                   60) Start X for trimming
   (m1_edx =                 4120) Endt X for trimming
   
                                   ### Splot ###
   (sp_line=                    1) Splot image line/aperture to plot
   
   (clean  =                  yes) Clean up intermediate images? (yes/no)
   (mode   =                    q)

   • inid : 天体フレームのGRA以下 8桁のフレーム番号
   • indirec : 生データのあるディレクトリ

   • batch : バッチ処理をするかどうか (以下を参照)
   • inlist : バッチモードで読み込むファイルリスト

   • ref_ap: アパーチャーリファレンス ⇐ Input 1 produced by ''gaoes_flat''
   • flatimg: 規格化済みのフラット ⇐ Input 2 produced by ''gaoes_flat''
   • thar1d: 一次元化された波長較正済みのコンパリソンスペクトル ⇐ Input 3 produced by ''gaoes_comp''
   • thar2d: 二次元のコンパリソン画像 ⇐ Input 4 produced by ''gaoes_comp''

   • st_x: スペクトルが写っている最小ピクセル （''gaoes_flat''で使用したのと同じ数字を使う。 GAOES-RVでは ∼ -54）
   • ed_x: maximum aperture for object frame. （''gaoes_flat''で使用したのと同じ数字を使う。 GAOES-RVでは ∼ 53 ）

   • cosmicr: Cosmic ray 除去をするかどうか？
   • scatter: 散乱光除去をするかどうか？
   • ecfw: 一次元化するかどうか（波長校正＋フラット）？
   • getcnt: カウントの自動測定をするかどうか？
   • mk1d: 完全一次元化をするかどうか？
   • splot: 完成したスペクトルのプロットをおこなうかどうか？

   • cr_proc:　Cosmic Ray除去のタスク (wacosm / lacos)
   • cr_wbas: wacosm11のベースライン.
   • cr_l*: lacos_spec用のパラメータ （lacos_spec　を使用するにはSTSDASをインストールする必要があります。）.

   • sc_inte: 散乱光の除去をインタラクティブにおこなうかどうか？ (yes/no)

   • ge_line: 自動カウント計測をおこなうエシェルオーダー
   • ge_stx: 自動カウント計測をおこなう最小ピクセル
   • ge_edx: 自動カウント計測をおこなう最大ピクセル

   • m1_blaz: ブレーズ関数（完全一次元化で使用）
   • m1_mask: マスク画像（完全一次元化で使用）
   • m1_stx: 完全一次元化するときに使用する各オーダーでの最小ピクセル
   • m1_edx: 完全一次元化するときに使用する各オーダーでの最大ピクセル

   • sp_line: splot するオーダー番号
2. 以上のパラメータでタスク grql を実行すると以下のファイルが作成されます。
   • G00000266o.fits （オーバースキャン済み画像）
   • G00000266oc.fits （Cosmic Ray除去後）
   • G00000266ocs.fits （散乱光除去後）
   • G00000266ocs_ecfw.fits （一次元化 + フラット + 波長較正済みスペクトル） = filnal resultant
   • G00000266ocs_ecfw_1d.fits （完全一次元化スペクトル） = filnal resultant
3. 2 つ以上のオブジェクト フレームに対して grql を実行する場合は、バッチ モードを使用できます。 GRAの8桁の数値を格納したリストファイルを作成します。

   00000321
   00000322
   00000323
   00000324
   00000325
   ...

   次に、''batch=yes'' および inlist=(オブジェクト リスト ファイル) を指定して grql を実行します。
4. ecl のコマンドラインで grql を実行する場合は、オブジェクト GRA の 8 桁の番号を二重引用符で囲む必要があります。

   ecl> grql "00000321"

以上でマルチオーダーのエシェルスペクトルを得ることができました。
ここから先はオプションとして、オーダーをつなぎ合わせた完全一次元化スペクトルの作成について解説します。

Maskの作成

1. フラットの一枚を天体と同じようにgrqlで解析し、G????????ocs_ecfw.fits を作成しておきます。（この時点まではgrqlでmk1d=noとしておきます）
2. 使用するタスクはgaoes_mkmask

   PACKAGE = gaoes
   TASK = gaoes_mkmask
   
   inimage =    G00000997ocs_ecfw  Input Flat image 
   mask    =        Mask.00000977  New Mask image 
   
   (mode   =                    q)

   実行すると各オーダーで

   >>> Do you want to correct this order? (y/n) : 

   ときかれるのでオーダーにbad pixelやオーダー端があり修整をいれたい場合は"y"を入れます。
   yを入れた場合は各オーダーがプロットされるので、消したい範囲（X方向）の一端にカーソルを持っていき"a"キーを押し、 さらにもう一端にカーソルを移動させて（オーダー端の場合などはグラフ外でよい）再度"a"キーを押すと、 その範囲の値がゼロになります。 これ以上このオーダーの修正が必要なければ

   >>> Do you want to correct this order MORE? (y/n) :

   に"n"と答えて次のオーダーに進みます。
   これを15オーダー繰り返すと、必要のない箇所を排除するマスクが作成されます。
   基本的に除去する必要があるのは
   • 両端のオーダー（オーダー1, 15）
   • オーダー3、5790A近辺のBad pixel
   のみです。（なので、リファレンスに入っている Mask.GAOES-RV.ocs_ecfw.fits でほとんど対応できます。） 　　　

PACKAGE = gaoes
   TASK = rvgaoes

inimage =     SN2023ixf_Fcalib  Input image
outimage=  SN2023ixf_Fcalib.rv  Output image

(observa=               seimei) Observatory
(mode   =                    q)

1. 必要環境
   
   • Gtk+3 が使用できるlinux環境。(mac OSでは動作確認していません）
   • PyRAFが使えるようになっている環境。
2. PyRAF環境の準備
   PyRAFはastroconda/miniconda経由でインストールしてもいいですし、Ubuntu環境などでは

   sudo apt-get install astro-iraf python3-pyraf

   等して簡単にインストールすることができます。
   comand line から pyrafが起動できるようにしておいてください。 （conda経由の場合は conda activate iraf37 等しておく）
   この環境でコマンドラインからpyrafが起動でき、gaoesパッケージが読み込みできることを確認しておいてください。
    
3. grlog のダウンロード
   grlog は git hub経由でsourceをダウンロードできます。

   git clone https://github.com/chimari/grlog
   cd grlog/
   ./configure --with-gtk3
   (うまく動かない場合は)  ./autogen.sh --with-gtk3
   make
   sudo make install

   make するためにはGtK+3, opensslの開発環境をインストールしておく必要があります。
    
4. hds_irafパッケージ、リファレンス(GAOES-RV_ql)のダウンロード・準備
   上記のCL scriptを使用した準備と同じくIRAF用のCL script パッケージ(hds_iraf)とリファレンスフレームおよびQL用pythonスクリプトが入ったGAOES-RV_ql-XXXXXXXX.tar.gzをダウンロードし、それぞれ適当なディレクトリにおいてください。
   また、login.clに

   set    hdshome = 'home$IRAF/hds_iraf/'
   task   $hds.pkg = 'hdshome$hds.cl'
   set    gaoeshome = 'home$IRAF/hds_iraf/'
   task   $gaoes.pkg = 'gaoeshome$gaoes.cl'

   の記述を加えておきます。
    
5. grlog の起動
   コマンドライン引数の最後にデータ(GRA*fits)が置いてあるディレクトリを指定して起動します。

   grlog [-s shared_dir] [-w work_dir] [-l login.cl_dir] [-h] [-u] data_dir

   オプションは以下のようになります。

   Option	Directory	説明	デフォルト
   -s	Shared Directory	リファレンスとQL用pythonスクリプトを置いたディレクトリ	HOME$/IRAF/GAOES-RV_ql/
   -w	Work Directory	QLのワークディレクトリ	<Data Directory>/ql/
   -l	login.cl Directory	IRAF用login.clを置いてあるディレクトリ	HOME$/
   最終引数	Data Directory	RAW data(GRA*.fits)を置いてあるディレクトリ	(必ず必要)

   データを /home/taji/work/GAOES-RV/20230401/ においであり、/home/taji/IRAF/GAOES-RV_qlにリファレンス他をおいてあり、/home/taji/login.cl にgaoes パッケージの記述がされていれば

   grlog /home/taji/work/GAOES-RV/20230401

   で起動し、解析したファイルは/home/taji/work/GAOES-RV/20230401/ql/に作成されていきます。
    
6. PyRAF 起動環境の設定
   メニューのConfig → PyRAF setups で以下のウインドウを開き、 PyRAFを起動する際のコマンドを設定してください。 "Terminal command for PyRAF"はPyRAF用のpythonスクリプトを起動する際のターミナルコマンド。通常はxterm のままでよい（-e 以下にPyRAFを起動するコマンドが渡されます）。
   "Python command"は"splot.py"などPyRAF用のpythonスクリプトを起動する際に必要なpythonコマンド。Shared ディレクトリ下にある"splot.py"を起動する際に

   python3 splot.py

   とする必要がある場合は"python3"と入れておいてください。

   splot.py

   だけで起動するような環境では空欄にしておきます。
    
7. Flat および Apeture の作成
   FlatとApertureはフラットのデータから同時に作成をおこないます。
   初回作成時にはGAOES-RV_ql/下にある"Ap.GAOES-RV.f8.fits"（grlog起動時にworkディレクトリに 自動でコピーされる）をリファレンスとしてApertureを作り直します。
   下図のようにフラットのフレームを複数選択し、"Flat"ボタンを押してください。 ターミナル上で(yes)の選択のために二回Enterを押してください。 正常にフラット（apscatter, apnormalize完了したもの）が作成されるとテーブルの"CAL"欄に"F"マークが入ります。  
8. Comparisonの作成
   初回作成時にはGAOES-RV_ql/下にある"ThAr.GAOES-RV.f8.center.fits"をリファレンスとして波長校正データが作成されます。
   波長較正用Comparisonとして使用したいThArフレームを選択し、"ThAr"ボタンを押します。 すでにecreidentifyされた状態でecindentifyのフィット画面が起動するので、 "l"-keyでリスト上のラインの追加をおこなったうえで "f"-keyでフィットを確認してください。 rmsが0.002程度になっていれば問題ないです。
   正常に波長較正データが作成されると、テーブルのCAL欄に"C"マークが入ります。  
9. Maskの作成 (必ずしもやらなくてよい）
   解析済みフラットについて"Mask"ボタンを使用すればマスクの作成ができます。
   基本的にはGAOES-RV_ql/下に入っていて自動的にコピーされる"Mask.GAOES-RV.ocs_ecfw.fits"のままでよいため、 ここでは説明を省きます。
    
10. Blaze functionの作成
    天体フレームと同様に解析したフラットについて連続光フィットをおこない、ブレーズ関数を作成します。 これをおこなうことにより、天体の完全一次元化（エシェルの各オーダーのつなぎ合わせ）をより高い精度で おこなうことができます。
    まず、フラットフレームから一枚を選択し、"Obj"ボタンを押して解析をおこないます。 解析が終了したら（テーブルのQL欄に○印が入ります）、そのフレームを選択したまま"Blaze"ボタンを押します。 gaoes_mkblaze (continuum) タスクが立ち上がるので、オーダー端やbadpixelを除きつつ、フィットをおこないます。 内容・動作についてはこちらを参照してください。
     
11. 作成したCALの確認
    下部"Calibration"部の"Blaze"の横にある歯車マークのボタンを押すと現在セットされているCALフレームのチェックができます。 "Aperture", "Flat", "Wavelength reference"等、それぞれが正常に作成された時点で自動的にセットされます。 変更したい場合は各フレーム右のボタンで変更することができます。
    特に、同じフレームから"Flat"や"ThAr"を作り直したいときは、一度デフォルトの"Flat(ThAr).GAOES-RV..."というファイルにこのウインドウで設定しなおしてから作成しなおす作業をおこなってください。（重ね書きをしないよう一度データベースを削除するため、そのまま作り直しはできません）  
12. 天体の解析
    上記のようにCALを用意した上で（用意していない場合はGAOES-RV_ql/下のリファレンスが使用されます）、天体フレームを選択し、"Obj"ボタンを押すことで天体の解析をおこないます。
    "splot"の項目で表示するオーダー・もしくは完全一次元化スペクトル（1D spec）を選択できます。
    また、"Get Spectrum Count"の項目で、どのオーダーのどのピクセルでカウントを自動測定するかを指定できます。
    複数の天体フレームを選択してバッチ処理をおこなうこともできます。バッチ処理中はスペクトルのプロットはスキップされます。 プロットを終了するにはグラフィックウインドウ内で"q"キーを押します。一度に複数の解析プロセスを走らせることはできない仕様となっています。
    解析が終了すると、テーブルのQL欄に○印がマークされ、e^-欄に概算のカウント（フォトン数）が記入されます。  
13. ログの書き出し
    ログの内容はメニューのFile → Save Log でCSVファイルに出力できます。 

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