宇宙望遠鏡いろいろ
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京都大学 大学院理学研究科 宇宙物理学教室

岩室 史英 (いわむろ　ふみひで)

〒606-8502 京都市左京区北白川追分町
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TEL: 075-753-3891 / FAX: 075-753-3897

    光の種類 (しゅるい)

    目に見える光を 可視光 (かしこう) と言います。光の持 (も) つエネルギーの違 (ちが) いで色が変 (か) わります。

低 (てい) エネルギー ⇐ 赤 (あか) 橙 (だいだい) 黄 (き) 緑 (みどり) 青 (あお) 藍 (あい) 紫 (むらさき) ⇒ 高 (こう) エネルギー

    赤い光よりもエネルギーの低 (ひく) い光や紫の光よりもエネルギーの高 (たか) い光は見えません。
    どのような光でしょうか？

    　

    　

    赤外線 (せきがいせん) は熱 (ねつ) として感 (かん) じられる光です。鉄板焼 (てっぱんやき) で顔 (かお) が熱 (あつ) くなりますよね。
    Ｘ線 (えっくすせん) はレントゲンで使 (つか) われる貫通力 (かんつうりょく) の大きい高エネルギーの光です。
    もっとエネルギーが低く/高くなるとどういう光になるでしょうか。

    　

    　

    電波 (でんぱ) はエネルギーの非常 (ひじょう) に低い光で携帯電話 (けいたいでんわ) や電子 (でんし) レンジで使われていますね。
    γ線 (がんません) は身近 (みぢか) にはほとんど無 (な) く、原子炉 (げんしろ) の中やその燃料 (ねんりょう) の近くにしかありません。

    　

    　

    銀河 (ぎんが) からはいろいろな光が出ていて、見え方もかなり違っています。

アンドロメダ銀河 (M31)

赤外線 (せきがいせん) ：細 (こま) かい塵 (ちり)
可視光 (かしこう) ：星
Ｘ線 (えっくすせん) ：高温 (こうおん) ガス

　が見えます。

遠 (とお) くの銀河を詳 (くわ) しく調 (しら) べるには、色々 (いろいろ) な光で見る必要 (ひつよう) があります。

    宇宙望遠鏡 (うちゅうぼうえんきょう) って？

    宇宙からは色々な光がやってきますが、半分 (はんぶん) 程度 (ていど) の光しか地上 (ちじょう) まで届 (とど) きません。

    地上にある望遠鏡 (ぼうえんきょう) は、地上まで届く可視光や電波で宇宙を観測 (かんそく) しています。

    他 (ほか) の光は大気 (たいき) で吸収されて地上まで届 (とど) かないので、宇宙から観測するしかありません。
    ここからは主 (おも) な宇宙望遠鏡について、その歴史 (れきし) とともに紹介 (しょうかい) していきます。

    Ｘ線 (えっくすせん) 望遠鏡 (ぼうえんきょう) 　　　　　　　　

    宇宙望遠鏡の多 (おお) くはＸ線で観測を行うものです。
    1970年以降 (いこう) 、40台近くの衛星 (えいせい) が打ち上げられ、現在 (げんざい) も数台 (すうだい) が稼働 (かどう) しています。

チャンドラＸ線天文台

©NASA

1999年にスペースシャトルで
打ち上げられた、重量 (じゅうりょう) ５トン、
長さが14mもある巨大 (きょだい) な衛星です。
現在もまだ活躍 (かつやく) しています。

Ｘ線は貫通力 (かんつうりょく) が高いので鏡 (かがみ) の
正面 (しょうめん) で反射 (はんしゃ) することができません。
薄 (うす) い鏡で浅 (あさ) い角度 (かくど) で反射して集 (あつ) め
るため、長い筒 (つつ) が必要 (ひつよう) となります。

チャンドラで見た木星 (もくせい) です。
極付近 (きょくふきん) でオーロラが光っていますが、
それ以外 (いがい) ではボーッと暗 (くら) い感 (かん) じです。

    日本も1979年以降７台のＸ線衛星打ち上げに成功 (せいこう) していますが、６台目は制御上 (せいぎょじょう) の
    問題 (もんだい) により軌道上 (きどうじょう) で分解 (ぶんかい) 、他 (ほか) ２台が打ち上げに失敗 (しっぱい) しています。(７台目 9/7成功)
    宇宙望遠鏡は打ち上げに失敗すると全 (すべ) てなくなってしまうのが怖 (こわ) いところです。

    γ線 (がんません) 望遠鏡 (ぼうえんきょう) 　　　　　　　　　

    宇宙からの γ線はアメリカの核実験 (かくじっけん) 観測衛星によって 1967年に発見 (はっけん) されました。
    その謎 (なぞ) の解明 (かいめい) のため 12台の衛星が打ち上げられ、現在も数台が稼働しています。

フェルミガンマ線宇宙望遠鏡

©NASA

　2008年にデルタIIロケットで
　打ち上げられた、重量４トン ( )
　長さ3mの大型 (おおがた) 衛星です。

γ線と物質 (ぶっしつ) との衝突 (しょうとつ) により生まれる
電子 (でんし) と陽電子 (ようでんし) という２つの粒子 (りゅうし) の
動きで、γ線の方向 (ほうこう) を決定 (けってい) します。

宇宙からのγ線検出 (けんしゅつ) の瞬間 (しゅんかん) です。
一瞬 (いっしゅん) ～数十秒 (すうじゅうびょう) で消 (き) えてしまうため、
検出時 (けんしゅつじ) は自動 (じどう) でメール送信 (そうしん) されます。

非常 (ひじょう) に遠 (とお) い銀河でのビーム状 (じょう) の爆発 (ばくはつ) が
たまたまこちらを向 (む) いている現象 (げんしょう) と
いうことがわかってきました。 ( )

    γ線の望遠鏡は光を集める鏡がないので、望遠鏡というよりは放射線 (ほうしゃせん) の検出器 (けんしゅつき) です。
    宇宙望遠鏡にもいろいろありますね。 ( )

    赤外線 (せきがいせん) 望遠鏡 (ぼうえんきょう) 　　　　　　　　

    これまでの赤外線望遠鏡は装置の温度を低 (ひく) く保 (たも) つための冷却液 (れいきゃくえき) を積 (つ) んでおり、それを
    全 (すべ) て使い切って蒸発 (じょうはつ) してしまうと、観測をすることができなくなりました。そのため、
    衛星の寿命 (じゅみょう) は５年程度 (ていど) であることがほとんどで、望遠鏡としては短命 (たんめい) です。

ハーシェル宇宙天文台

©ESA

　2009年にアリアン５ロケットで
　打ち上げられた、重量３トン ( )
　長さ7.5mの中型 (ちゅうがた) 衛星です。
　鏡の口径 (こうけい) は3.5mあります。

ハーシェルで見た木星です。木星を
包 (つつ) み込 (こ) む水蒸気 (すいじょうき) の大気 (たいき) が写 (うつ) っており、
1994年に彗星 (すいせい) が衝突 (しょうとつ) した下半分 (したはんぶん) で
濃 (こ) いことがわかります。

    赤外線の望遠鏡は寿命 (じゅみょう) が短 (みじか) いため、ほとんどが１トン以下の小型 (こがた) 衛星です。
    大きい衛星ほど冷却 (れいきゃく) 装置 (そうち) が重くなることも難 (むずか) しい所です。

    電波 (でんぱ) 望遠鏡 (ぼうえんきょう) 　　　　　　　　　

    電波は地上からも観測できるので、宇宙に望遠鏡を打ち上げる必要は少ないのですが、
    同時 (どうじ) に観測する望遠鏡が離 (はな) れているほど細 (こま) かいものが見えるという特徴 (とくちょう) があるので、
    地球 (ちきゅう) の大きさの何十倍 (なんじゅうばい) も離れた所まで望遠鏡を飛 (と) ばすと視力 (しりょく) が格段 (かくだん) に上がります。

電波天文観測衛星「はるか」

©JAXA

　1997年に日本のM-Vロケットで
　打ち上げられた、重量１トンの ( )
　小型 (こがた) 衛星です。打ち上げ後広 (ひろ) げた
　アンテナの口径 (こうけい) は８mもあります。

    はるか は大阪 (おおさか) から東京 (とうきょう) の米粒 (こめつぶ) を見分けられる能力 (のうりょく) で９年間 (ねんかん) にわたり活躍 (かつやく) しました。
    電波の宇宙望遠鏡は非常 (ひじょう) に少なく、この他はロシアが打ち上げた１台のみです。

    可視光 (かしこう) 望遠鏡 (ぼうえんきょう) 　　　　　　　　

    可視光も地上から観測できますが、電波とは違 (ちが) い大気 (たいき) で星の像 (ぞう) が乱 (みだ) されてしまいます。

水面 (すいめん) のゆらゆらと
同様 (どうよう) に空気 (くうき) の揺 (ゆ) ら
ぎで星が乱 (みだ) れます。

    宇宙からの観測では揺 (ゆ) らぎのない像が得られるため、可視光の宇宙望遠鏡のほとんどは
    長期 (ちょうき) 観測で明るい星のほんの少しの変化 (へんか) (明るさや位置 (いち) の変化)を調 (しら) べる小型衛星ですが、
    ハッブル宇宙望遠鏡だけは別格 (べっかく) です。

ハッブル宇宙望遠鏡

©NASA

1990年にスペースシャトルで
打ち上げられた、重量11トン ( ) 、
長さ 13m の超巨大 (ちょうきょだい) 衛星です。
鏡の口径は2.4mで現在も稼働中 (かどうちゅう) 。

ハッブルは宇宙空間 (くうかん) で５回の修理 (しゅうり) を
行いました。最後 (さいご) の修理(左)から
15年近く経過 (けいか) しており、いつ停止 (ていし)
してもおかしくない状態 (じょうたい) です。

ハッブルで見た木星 (もくせい) です。
大赤斑 (だいせきはん) は現在縮小 (しゅくしょう) しており、
21世紀 (せいき) の中頃 (なかごろ) には消 (き) えるようです。

    ハッブルは至 (いた) る所が老朽化 (ろうきゅうか) し、次世代シャトルでの修理も難 (むずか) しいものと思われます。
    ハッブルの後継機 (こうけいき) として２つの宇宙望遠鏡が予定され、１つは観測開始しています。

    新しい宇宙望遠鏡 (うちゅうぼうえんきょう) 　　　　　　

    ハッブルの後継 (こうけい) となる２台の宇宙望遠鏡は、非常 (ひじょう) に遠くの宇宙を観測するのに適 (てき) した、
    可視光から赤外線にかけての光で観測するものです。観測の妨 (さまた) げとなる太陽 (たいよう) や地球 (ちきゅう) から
    の光を避 (さ) け、かつ望遠鏡の温度を下げるため、月よりも４倍遠い所に打ち上げます。

    この場所 (ばしょ) では太陽と地球がいつも同じ方向に見えているので、１つの日傘 (ひがさ) で両方からの
    光を遮 (さえぎ) ることができます。太陽光発電 (たいようこうはつでん) のため、地球と月の影 (かげ) を避けて縦 (たて) にも周 (まわ) ります。
    (上の動画 (どうが) ではわかりませんが、この場所では地球と太陽はほぼ同じ大きさに見えます)

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡

©NASA

2021年12月25日にアリアン５で
打ち上げられた、重量6.5トン ( )
長さ 20m の超巨大衛星です。 ( )
鏡の口径は6.5mで、折 (お) りたたんで
打ち上げました (NASA ページ)。

初めの観測で取得(しゅとく)された銀河団(ぎんがだん)の
画像(がぞう)です。細(ほそ)く見える赤い銀河は、
手前(てまえ)の銀河団の重力(じゅうりょく)レンズで引(ひ)き
伸(の)ばされた非常(ひじょう)に遠くの銀河です。

ウェッブで見た天王星です。
CG ではありません。

    ウェッブとハッブルは一度に見ることの出来る範囲 (はんい) は同じくらいですが、ウェッブの
    方が 数倍 (すうばい) 良く見えるようになります。また、ハッブルでは見ることのできなかった
    赤外線でも観測できるため、より遠くの宇宙を見ることができます。

    もう１つのハッブル後継機 (こうけいき) は、

ナンシー・グレース・ローマン
　　　　　　　　宇宙望遠鏡

©NASA

　2027年に打ち上げ予定の
　重量４トンの大型衛星です。 ( )
　鏡の口径はハッブルと同じ ( )
　2.4mですが、100倍広い ( )
　範囲 (はんい) を一度に観測できます。

    ウェッブが狭 (せまい) い範囲を非常 (ひじょう) に詳 (くわ) しく見るのに対 (たい) し、ローマンは非常に広い範囲を
    ハッブルと同程度 (どうていど) に詳しく見ることができます。

    2023年7月1日にローマンの半分サイズの
    ユークリッド衛星 (えいせい) が先行 (せんこう) して打ち上げられ
    ました。地上の超大型望遠鏡 (ちょうおおがたぼうえんきょう) と同様、
    ここでも欧米 (おうべい) の競争 (きょうそう) が行われています。
    ファルコン９での打ち上げ(最後すごいです...)

    　

    もっと先 (さき) の話 (はなし) ...

    この先の宇宙望遠鏡は、2040年台の稼働 (かどう) を目標 (もくひょう) として以下 (いか) の４つが検討 (けんとう) されました。

　　　　ルーバール探査機　

©NASA

　鏡の口径は 15m もあります。

　　　　ハベックス天文台　　

©NASA

　直径 72m の第２衛星を地球
　10個分離して飛ばし、明るい星
　を隠して周囲の惑星を調べます。

　　　 リンクスＸ線天文台 　
　　　　　

©NASA

　　オリジンス宇宙望遠鏡　
　　　　　

©NASA

チャンドラの50倍の感度

極限まで冷やして感度100倍

    2021年に上側 (うえがわ) の２つの計画 (けいかく) を合体 (がったい) させてルベックス望遠鏡として進 (すす) める方針 (ほうしん) が
    決 (き) まりました。

おわりに

    　宇宙望遠鏡も地上の望遠鏡と同様 (どうよう) 、ほぼ限界 (げんかい) の大きさになってきました。
    大変 (たいへん) 残念 (ざんねん) なのは、遠くに打ち上げる望遠鏡は故障 (こしょう) しても直 (なお) すことができないため、
    最長 (さいちょう) でも10年程度 (ていど) しか使 (つか) えないだろうということです。
    　これらを上回る望遠鏡は想像 (そうぞう) もつきませんが、宇宙ステーションのように複数 (ふくすう) の
    ロケットで打ち上げて宇宙空間 (くうかん) でドッキングさせるのでしょうか...
    　ウェッブ望遠鏡の開発 (かいはつ) には20年近くかかりましたので途方 (とほう) もない道程 (みちのり) ですが、
    肝心 (かんじん) なのは　　やればできる!!　　ということですね。