すばる望遠鏡のここがすごい!

コラム
Credit: NAOJ, Subaru Telescope

皆さん、こんにちは。今日もすばる望遠鏡についてのコラムです。難しいことは抜きにして楽しんでくださいね!

前回のコラムでは、すばる望遠鏡がどんな場所にあるのかをご紹介しました。遠くハワイの地の、まるで火星のような神聖な山の頂にいるんでしたね。

すばる望遠鏡ってどこにあるの?
日本が世界に誇るすばる望遠鏡。どこにあるかご存知ですか?

今日はすばる望遠鏡がどのような点で他の望遠鏡より優れているのかをご紹介します。こんなすごい望遠鏡だったのか!と皆さんが驚愕してくださることを祈っています(笑)

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世界最大の一枚鏡で宇宙のわずかな光も見逃さない

すばる望遠鏡の特徴をまとめると、それは

  • 高い集光力
  • 広い観測視野

の二点に集約されます。

高い集光力というのは、つまり宇宙からやってくる光をどれだけたくさん集められるかということです。宇宙の果てしなく遠くからやってきた光は、長旅の疲れ(?)で非常に暗くなっています。少しでも多くの光を拾ってあげることで、遥か遠くの宇宙に存在する暗い天体を捉えることが可能となるのです。

それでは、どうすればたくさん光をキャッチすることができるでしょうか?答えは簡単です、望遠鏡に取り付ける鏡を大きくすれば良いのです。

望遠鏡の概念図。宇宙からの光を集めて鏡で反射し、主焦点で像が結ぶように設計されている。主焦点にカメラなどを取り付ければ取り込んだ光を撮影できる。(Credit: Stargazing blog)

とてもざっくりとですが、望遠鏡の仕組みを描いてみました。望遠鏡にはいくつか種類がありますが、すばる望遠鏡で採用されているのはこのように集めた光を鏡で反射させて主焦点と呼ばれる点に集めるというものです。

主鏡の大きさは望遠鏡の性能を決める大きな要因の一つ

アマチュア向けの望遠鏡では主焦点に集まった光をさらに小さい鏡で向きを変えて目で直接その光を見ることで、宇宙の姿を捉えることができます。一方ですばる望遠鏡のような科学者向けの望遠鏡では主焦点に専用のデジタルカメラを置き、望遠鏡が捉えた宇宙の姿を撮影しています。

つまり、このタイプの望遠鏡では鏡に反射した光だけを見ることができるのです。ということは、鏡が大きくてたくさんの光を反射させることができれば、それだけ鮮明な宇宙の姿が見えるということです。

すばる望遠鏡の鏡(主鏡といいます)は、なんと直径8.2メートルの一枚鏡です。これは製作当時は一枚鏡として世界最大の大きさを誇っていました(ただし、現在も世界最大かどうかは不明です)。下の写真がすばる望遠鏡の主鏡です。

すばる望遠鏡が誇る、直径8.2メートルの主鏡。継ぎ目すらない美しいフォルムである。(Credit; NAOJ, Subaru Telescope)

すばる望遠鏡の前後に建設された大型の光学望遠鏡の中には、例えばカナリア大望遠鏡ケック望遠鏡のように主鏡が10メートルを超えるものも存在します。しかし、それらの望遠鏡はユニット鏡と呼ばれる小さな鏡を組み合わせて大きな主鏡を形成しています。具体的に一枚鏡とユニット鏡の組み合わせではどのような違いが現れるかは私にはわかりません(笑)ただ、少なくともユニット鏡の継ぎ目によるロスなどがないのはメリットの一つだと言えるでしょう。

ケック望遠鏡の主鏡。良く見ると、6角形のユニット鏡が組み合わされて大きな主鏡となっていることが分かる。(Credit: Keck Observatory)

このようにすばる望遠鏡は世界最大級の一枚鏡を用いて宇宙の光をたくさん集めているのです。大きな鏡で宇宙からの微弱な光をたくさん捉え、他の望遠鏡では見ることができない宇宙の姿を鮮明に映し出すことができるというのがすばる望遠鏡の大きな特徴の一つなのです!

日本のものづくりの技術が支える「神精度」

すばる望遠鏡がいかに大きな一枚鏡を持っているか、そしてその大きな鏡が宇宙探査における強力な武器になるかを分かっていただけたかと思います。しかし、鏡の出来栄えが悪ければせっかくの大きさも無意味となってしまいます。

古い鏡のように鏡の表面に凸凹があれば、せっかく宇宙からの光を捉えても主焦点に光が集まらず宇宙の姿を正確に映し出すことはできません。でも、みなさんも表面にムラのある鏡なんていくらでも見たことがありますよね!手のひらサイズの鏡でもムラができることがあるのに、8.2メートルもの鏡の表面を均一にすることなんてできるのでしょうか?

正解は「できる」です!驚くなかれ、すばる望遠鏡の主鏡表面の凸凹は、なんと全体で新聞紙1枚程度でしかないのです!ここまでくると、おそらく私たちの家にある鏡よりも表面の凸凹は少ないかもしれませんね(笑)

このような神業ともいえる高精度の一枚鏡は、日本のものづくりの技術の高さあってこそだったのです。そもそも、ケック望遠鏡はすばる望遠鏡と主鏡の大きさも建設時期もほぼ変わらないにも関わらずユニット鏡で望遠鏡を建設しています。ここまで高度な技術が要される平坦な一枚鏡の望遠鏡を作成したのは、わずかな光すら逃さず未だ世界の誰も見たことのない宇宙を見ようとする探究心、そして古くから脈々と伝わる日本人の職人気質に由来すると言えるでしょう。そして何よりもそれを可能にしたのは、日本が長い時間をかけて育んできた高い技術力の賜物と言えるでしょう。

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広い宇宙を映し出す特殊なデジタルカメラ

すばる望遠鏡は世界最大級かつ神業的な精度を誇る一枚鏡で宇宙の光を集めていることがわかりました。でも、捉えた光を撮影するカメラの性能が悪ければすべて台無しですよね!

ご安心ください。すばる望遠鏡には世界に誇る素晴らしいデジカメが搭載されているのです!その名も「Hyper Suprime-Cam(ハイパーシュプリームカム、通称:HSC)」と呼ばれる超大型のデジタルカメラです。

それでは早速その姿を見てみましょう。こちらがすばる望遠鏡に搭載されているHSCです!

すばる望遠鏡に搭載された超大型のデジタルカメラ、Hyper Suprime-Cam。望遠鏡には取り付けられていない、スタンバイ状態での写真。(Credit: NAOJ, Subaru Telescope)

ちょっとイメージと違うかもしれませんね(笑)でも皆さんがお持ちのデジカメと同じようにCCDによって宇宙の姿を映し出す、れっきとしたデジカメなんですよ。ただお手持ちのデジカメと違うのはそのスケールです。HSCは大きさ3メートル、重さ3トン、そして画素数はなんと8億7千万というデジカメのお化けのような存在です(笑)その視野はとても広く、満月9個分の領域を一度に撮影することができるのです!世界中を探しても、これほどまでに大きな視野を持つデジタルカメラは存在しません。

このHSCは先ほどご紹介したすばる望遠鏡の主焦点部分に取り付けます。つまり、宇宙からやってきた光は主鏡で反射され、そして主焦点に集められてそこに取り付けられたHSCによって撮影されているのです。ちなみに、主焦点に取り付けられたHSCはこのような感じになります。

すばる望遠鏡の主焦点に取り付けられたHSC。すばる望遠鏡が大きすぎて、3メートルもあるHSCすら小さく見える。(Credit: NAOJ, Subaru Telescope)

主焦点と書かれた部分に、わずかに黒い筒が見えるのがわかるでしょうか。それがHSCです。HSCは3メートルもあるのですが、すばる望遠鏡が大きすぎてHSCですら小さく見えてしまいますね(笑)

なおこの画像の右下には大きさの比較対象として身長158cm(日本人平均ですね)の女性CGが描かれています。この女性CGはHSC関連の資料にはよく登場するのですが、一体誰がどんな意図でデザインしたのか、そして名前などはつけられているのかは私は結局聞けずじまいのまま今に至ります…w

ここまで読んだ方の中には、「なんだ、すばる望遠鏡に限らず他の望遠鏡でもいいデジカメを作ればいいだけじゃないか」と思うかもしれません。しかし、それが困難だからこそすばる望遠鏡が現在でも世界でトップ級の活躍を見せているのです。

望遠鏡の構造について私は詳しくありませんが、3トンもの巨大な物体を設置することがいかに大変かということは容易に想像ができます。わずかにでも主焦点からずれたらピンボケした宇宙しか映りませんし、なおかつデジカメの重さで望遠鏡を支えるアーム部分に歪みやたわみが生じてはいけません。ですので、主鏡サイズが10メートル級の大型望遠鏡の中でHSCのような広い撮影視野を兼ね備えた超巨大デジカメを保有しているのは世界中ですばる望遠鏡だけなんですよ!

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最後に

すばる望遠鏡は世界に誇る日本の望遠鏡!ということは分かっていても、具体的にどうすごいかは分からなかった方も多かったと思います。もう一度おさらいすると、すばる望遠鏡は

  • 世界最大級かつ凸凹が極めて少ない一枚鏡による、高い集光力
  • 超巨大デジタルカメラであるHSCによる広い観測視野

が他の望遠鏡を凌駕する点だと言えます。

もちろん、他にもまだまだたくさん強みはあるのですが、この2点が現在のすばる望遠鏡のユニークな点と言えるでしょう。そしてそれを支えているのは、日本のものづくりの技術力の高さです。HSCに関してはまた後ほど詳しくその性能をご紹介したいと思います。

本日もお読みくださりありがとうございました。また次の記事でお会いしましょう!

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