写真 + 動画記録破りの鏡と最先端の電子機器を駆使し、人類がこれまでに建造した世界最大の光学観測装置となる巨大マゼラン望遠鏡の建設が始まりました。
YouTubeビデオ
チリの山岳地帯に位置するこの望遠鏡は、ハッブル宇宙望遠鏡の最大10倍の解像度で画像を表示することができます。これにより、太陽系外惑星を初めて観測できるだけでなく、太陽系のより近い天体にも焦点を当てることができるようになると期待されています。
パトリック・マッカーシー博士は、ハッブル宇宙望遠鏡の広視野カメラ3の科学チームの一員であり、初期銀河の形成に関する先駆的な研究を行ってきました。彼はカーネギー天文台にオフィスを構えており、アインシュタインの旧居室の隣、エドウィン・ハッブルの1階上に、巨大マゼラン観測装置の責任者を務めています。
レッグはカリフォルニアでの科学会議の後で彼と独占インタビューを行い、現代の最も偉大な科学機器の1つがどのように進歩しているのか、そしてそれを使って何ができるのかを尋ねた。
地上の望遠鏡は、ハッブルのような宇宙ベースのプラットフォームよりも何倍も優れた画像をどのように取得できるのでしょうか?
ハッブル望遠鏡の直径は2.4メートルで、私たちの望遠鏡の直径は24メートルです。ですから、真空中で私たちの望遠鏡をハッブル望遠鏡の隣に置けば、画像はちょうど10倍鮮明になります。しかし、大気の問題があります。
大気の温度と密度は均一ではないため、プールから差し込む光のように、明るい点と暗い点がきらめきます。そこで鍵となるのが補償光学です。望遠鏡の一部をゴム製の鏡のように柔軟にし、常に形状を変化させることで大気の影響を打ち消します。
ノイズキャンセリングヘッドホンで見られるものと同じような仕組みですが、光の波長は音の波長よりもはるかに短いため、扱いが難しいのです。しかし、今では定期的に行われており、技術は今も進歩を続けています。
ミラーが曲がるということは、おそらく非常に薄くて壊れやすいものなのでしょう。
ええと、鏡には2種類あります。一つは大きな鏡で、お椀のような形をしていて、とても厚くて硬いです。85%くらいが中空で、軽量なのに非常に硬いので、上に立ったり飛び跳ねたりしても壊れません。
上空には小さな鏡がありますが、厚さはわずか2ミリメートルです。そのため、壊さずに取り扱うのは非常に困難です。設置後は、磁気コイルによって非常に高い周波数で鏡を動かし、曲げます。これにより大気の影響が除去されます。
焦点調整のために少し上下に動かす必要があります。扱いが難しいので、飛行機で送り、厚い鏡は船で輸送します。
この望遠鏡に使用されている CCD センサー技術も同様のペースで進歩しましたか?
標準的なCCDは、現在ではほぼ最高の性能にまで進化しています。光をほぼ100%検出でき、ノイズも実質的にゼロで、非常に大きなフォーマットで製造できます。
しかし、CCDはシリコン製で、約1.2ミクロンで光の集光が止まってしまいます。私たちは赤外線まで到達させたいので、水銀、カドミウム、テルル化物、あるいはインジウム、セレン、ヒ素といった異なる半導体を使用しています。これらのデバイスはまだ非常に高価で、効率も十分ではなく、製造も非常に難しいため、実現にはまだまだ時間がかかりそうです。
巨大マゼラン望遠鏡の最初の鏡を研磨
ハッブル望遠鏡は当初、鏡の不具合に悩まされていました。巨大マゼラン望遠鏡の鏡が健全であると、どれほど確信していますか？
我々は完全な自信を持っています。最初の鏡だけでなく、ほぼ同等の難度を持つ他の鏡も既に完成させています。実現できると確信しています。問題は、どれだけの時間がかかるかということです。ほとんどすべての望遠鏡において、光学系は最も完成度の高い部品であり、だからこそ、本格的な運用開始は2024年頃になる予定です。完成させたいのであれば、急ぐべきではない部分もあるのです。
では、運用可能になるまでにミラーをいくつ設置する必要があるでしょうか?
天文学者たちは1枚の鏡だけで観測を開始したいと考えているでしょうが、私たちは真の課題は2枚の鏡を互いに通信させ、位置合わせし、共通の焦点に合わせることだと考えています。しかし、現在のスケジュールでは、チリに4枚の鏡が揃った時点で望遠鏡は鏡を設置できる状態になります。
私の予想では、運用開始までに4基のミラーが設置され、翌年には5基目のミラーが設置され、さらに1年後には6基目と7基目のミラーが設置され、そこから順次運用していくことになるでしょう。これが現時点でのスケジュールですが、常に不確実性は存在します。
これらの鏡をチリの山の頂上まで輸送するのは大変な作業に違いありません。
複雑というよりは神経をすり減らすような感じ。
耐衝撃性と耐水性を備え、万が一何かがコンテナに落ちても鏡が保護される特殊な鋼鉄製の箱を製作しました。箱の中には、鏡が複数のショックアブソーバーの上に載っており、動きがゆっくりになるように設計しました。さらに、内部の動きを計測するための加速度計と、輸送中にデータを送信するための無線送信機も設置しました。
出荷するミラーが 8 つあるため、予行演習を行って電子機器が入った箱を出荷し、プロセス全体を実行して、すべてがスムーズに進むかどうかを確認する可能性が非常に高くなります。
