dHT座標系のピッチ角分布¶

sopran.experimental.kaguya.dhtは、太陽風の流れに伴う電場を消すde Hoffmann–Teller（dHT）座標系へ、 KAGUYA ESAの各look方向の電子速度を移してからピッチ角とエネルギーを計算し直す試作です。ロスコーンの境界が月面に固定される条件（dHT系）で電子分布を読むために使います。磁場が月面に沿う向きに近い観測ではdHT速度が定義できないため、適用できる記録はもとの分布より大きく減ります。通常のピッチ角分布を基準に残し、dHT版は比較として使ってください。

速度の規約¶

lunarsatでの2026年9月の検証（20分区間、59記録）で確定した順序をそのまま実装しています。

手順	内容
1	OMNI HRO 5分値の\(\boldsymbol V_\mathrm{GSE}\)を、月到達時刻が記録時刻に最も近い標本から取る（`omni_tolerance_seconds`以内）
2	NASAが除いている地球公転の収差を\(V_y\)に`+29.8 km/s`として一度戻す（`restore_omni_aberration`）
3	OMNIの元epochで求めた太陽方向からGSE→J2000へ回し、記録時刻で`MOON_ME`へ回す
4	月の地心速度を引き、局所動径を法線としてHT速度\(\boldsymbol H_M=\boldsymbol u_M-\frac{\boldsymbol u_M\cdot\boldsymbol n}{\boldsymbol B\cdot\boldsymbol n}\boldsymbol B\)を作る
5	衛星の月心速度を引き、look座標系（既定`SELENE_M_SPACECRAFT`）へ回す
6	各lookの電子速度からこのboostを引き、ピッチ角\(\alpha'\)とエネルギー\(E'\)を計算し直す

月到達時刻は\(t_\mathrm{arrival}=t_\mathrm{OMNI}+(R_E\,\mathrm{BSN}_x-x_\mathrm{Moon,GSE})/V_\mathrm{sw}\)で、 arrival_shift="none"にすると補正しません。月・衛星の速度はSPICE（DE421とSELENEのSPK）のspkezrから慣性軸で取り、回転は3×3のpxformだけを使います。

\(|\boldsymbol B\cdot\boldsymbol n|/|\boldsymbol B|\)がmin_abs_b_normal_fraction（既定0.15）を下回る記録はfield_tangentとして除きます。 2026年4月のlunarsat全期間runでは、dHT版のfit数は非dHT版の約27%でした。

使い方¶

import numpy as np
import sopran as spn
from sopran.experimental.kaguya.dht import DhtSettings, dht_pitch_angle_spectrum
from sopran.frames import FrameContext
from sopran.missions.kaguya.geometry import lmag_position, lmag_position_gse
from sopran.missions.kaguya.spice import selene_spice_kernels

kg = spn.Kaguya()
time = spn.period("2008-04-02T08:20", "2008-04-02T08:50")
calibration = kg.esa1.load_calibration()
esa1 = kg.esa1.load(time, calibration=calibration)
lmag = kg.lmag.load(time)
omni = spn.omni.hro.load(spn.period("2008-04-02T07:00", "2008-04-02T09:00"))
frames = FrameContext(spice_kernels=selene_spice_kernels(kg.store, time), default_backend="spiceypy")

result = dht_pitch_angle_spectrum(
    pace=esa1.pace,
    time=time,
    calibration=calibration,
    magnetic_field=lmag.magnetic_field,
    position=lmag_position(lmag),
    position_gse=lmag_position_gse(lmag),
    omni=omni,
    frame_context=frames,
    energy_edges_eV=np.geomspace(20.0, 1500.0, 10),
    pitch_bins=16,
    settings=DhtSettings(),
)
result.spectrum            # time x energy band x pitch_angle のカウント（SopranArray）
result.frame.coverage()    # {"records": ..., "ok": ..., "field_tangent": ..., "omni_missing": ...}
result.frame.to_pandas()   # 記録ごとのboost、|B.n|/|B|、OMNIの時刻差

エネルギーはシフト後にenergy_edges_eVの帯へ入れるため、出力の格子は全記録で共通です。座標exposureはlookの応答に\((E/E')^2\)を掛けて足した値で、counts / exposureがdHT系の微分エネルギーフラックスの近似になります（Liouvilleの定理）。exposure_unshiftedは掛けない和、look_samplesはセルに入ったlook数、 shifted_energy_mean_eVとunshifted_pitch_mean_degはセル内の平均です。

部品も個別に使えます。frame_velocity()は記録ごとのboostと診断、shift_looks()はlook単位のシフト、 dht_tangential_velocity()はHT速度、lunar_arrival_times()は到達時刻です。

制約¶

電場は流れに伴うもののみ消え、静電ポテンシャルは扱いません。DhtSettings.look_signはlook方向を粒子速度の向き（+1）として扱います。
記録の除外理由はframe.status（ok、omni_missing、geometry_missing、field_tangent、spice_failed）に残ります。図やfitの前にcoverage()を報告してください。
SPICEカーネルは地球・月・太陽（DE421）と衛星（SELENE SPK）、月の向き（MOON_ME）、衛星姿勢（CK）を含む必要があります。 selene_spice_kernelsがこれを満たします。
出典：OMNI HRO文書 Appendix 4（収差）、NAIF spkezr/pxform、 lunarsat working/kgy-er/notes/er-dht-velocity-convention-2026-09-27.md。