天文学のホットな問いに挑む　世界で最もクールな望遠鏡

6月21日（金）東京・内幸町のイイノホールでは、内外の研究者を集めて行われた次世代赤外線天文衛星SPICA（スピカ）の一般向け講演会が行われました。

SPICA（スピカ）は日本が主導し欧州宇宙機構等と進めている国際協力ミッションです。

この講演会には、雨模様にもかかわらず多くのお客様が集まり、赤外線（*）で宇宙のナゾを探るSPICAとはどんな望遠鏡で、どんな成果が期待できるのかが語られました。

SPICAが目指す天文学のキーワードは「銀河誕生のドラマと惑星系レシピ、そして物質の輪廻」です。銀河の誕生やブラックホールとの関わり、恒星の内部で物質がどう生まれ、どう凝縮して星が生まれたか。あるいは、天文学でのもっともホットな分野のひとつ「系外惑星」の観測でも、大きな成果が期待されています。

（*）銀河が誕生した初期の宇宙は、赤外線で見ることができます。生まれたばかりの恒星は波長が短い紫外線を放ちますが、やがて宇宙膨張による赤方偏移で波長が伸びて、これを地球から観測すると、長い波長である赤外線として捉えることができるのです。

世界の天文学者が待ち望む次世代赤外線望遠鏡SPICAの特徴を、数字をキーにご紹介しましょう。

望遠鏡は口径が大きいほど解像度（より細かいものを見分ける性能）が上がります。

日本最大の「すばる望遠鏡」の主鏡の直径は8.2m。もちろん形状精度もものすごいレベルで、8.2mを関東平野ほどの広さに拡大したとしても、カーブの精度はコピー用紙1枚分の厚み以下に収まるほどです。だからこそ最遠の銀河の発見や系外惑星観測など世界的な成果を次々と上げることができました。この「すばる」があるのはハワイ島マウナケア山頂であり、国内で稼働中で最大のものは岡山天体物理観測所の1.88mが最大となります。

画像：すばる望遠鏡（国立天文台）
画像：すばる望遠鏡　すばるギャラリー（提供：国立天文台）より

また宇宙望遠鏡の代名詞とも言えるハッブル宇宙望遠鏡は口径2.4m。ちなみにハッブルは1990年打ち上げ、2009年までに5回のサービスミッションを経ていますが、すでにスペースシャトルが退役したためサービスミッションの計画はなくなってしまっています。SPICAは、ハッブルが成し遂げたような"Unexpected Discovery"への期待を受け継ぐ宇宙望遠鏡となるわけです。

画像：the Hubble Space Telescope（提供：NASA）より

赤外線観測の大敵は熱です。望遠鏡そのものの温度が高ければ、自分自身が発する赤外線が観測のノイズとなってしまうからです。

従来の宇宙望遠鏡では、そのために寒剤と呼ばれる液体ヘリウム（*）などが用いられてきました。しかし原子の直径が小さいヘリウムは漏洩・蒸発が不可避（むしろ蒸発しながら冷却する）であり、ヘリウム枯渇がすなわち冷却システムの機能喪失、ひいては高感度観測の終わりを意味していました。

そこでSPICAでは、ヘリウムを用いない機械式冷凍機を採用。日本が独自に磨き上げてきた技術が生かされた新・宇宙用冷却システムを採用します。

太陽光を受けて発電し、太陽からの熱を遮蔽しつつ、望遠鏡そのものを極低温に保つ巧妙な機構で、望遠鏡全体はマイナス267度、絶対温度6Kに保たれます。

（*）液体ヘリウムとは、ヘリウムを冷却して液化したものです。ヘリウムの沸点はマイナス269度で、全ての元素の中で最も低く、また他の物質と反応しにくい性質があるため低温実験によく用いられます。身近な例では、リニアモータカーは超伝導コイルを液体ヘリウムで冷やして走るという構造になっています。

赤外線観測では"立地"も問題になります。地球近傍を周回する軌道は、周回ごとに太陽の方向が変わってしまうことや、巨大な赤外線源である地球が大きく見えてしまうことから、あまり好ましくありません。

そこでSPICAでは、SF作品や深宇宙港構想にもよく登場するラグランジュ点（*）のL2を観測場所と定めています。この地点は、地球から見て太陽と反対方向にちょうど約150万km離れた場所です。SPICAから見ると、太陽や地球が常に同じ方向に見えることになるため熱を遮るためのデザインが容易になります。月までの距離の4倍近い深宇宙での運用ですが、地球からは太陽とまったく逆方向であるため、衛星の運用も常に深夜となります。

（*）ラグランジュ点とは、2つの天体（SPICAにおいては太陽と地球）の引力が釣り合う点で、L1～L5点まであります。

画像：SPICA で始まる，新たな「宇宙史」研究より

赤外線天文衛星「あかり」（2006〜2011）は、宇宙全体をくまなく調べる「全天サーベイ観測」を行いその成果を「カタログ」として世界に公開しています。約130万個の赤外線点光源の位置と波長を記したこのカタログは人類共有の財産となったわけですが、じつはその半分以上が、まだ何であるかが分かっていません。「あかり」は「謎の赤外線源」を何十万個も見つけてしまったわけです。

ということで、この「カタログ」はまさに天文学者にとっての宝の地図にほかなりません。新たな観測手段で掘り当てた「お宝」がいったいどんなものなのか、ますます期待が高まります。

画像：「あかり」カタログ（「あかり」による中間赤外線 全天サーベイ観測より）

当日の講演者（左から、敬称略）：
中川 貴雄（講演テーマ「SPICAとは何か」／宇宙科学研究所 宇宙物理学研究系 教授）
R. Waters（講演テーマ「宇宙の物質輪廻」／オランダ宇宙科学研究所（SRON） 所長）
田村 元秀（講演テーマ「惑星系のレシピ」／東京大学大学院天文学専攻 教授）
G. Helou（講演テーマ「銀河誕生のドラマ」／NASA赤外線データ解析センター（IPAC） 所長）

世界が熱く期待するマイナス267度のクールな望遠鏡SPICAの計画は、2022年打ち上げを目指して動き出しています。これからもこのコーナーで、折りにふれご紹介したいと思います。

ちなみにSPICAのロゴマーク、真ん中のiの●が赤くなっているのは、日本製の自負と気概を込めてのものなんですよ。

来場者からはこんなコメントも寄せられました。「どの先生のプレゼンテーションも熱かった。SPICAがとても役に立ち、エキサイティングなものであることを自身が強く信じているから、それを“伝えよう”とする気持ちが熱いプレゼンにつながっていたのだと思う」（大学生、17歳）

次世代赤外線天文衛星「スピカ」（宇宙科学研究所）

欧州宇宙機関(ESA) SPICAサイト
赤外線天文衛星「あかり」
nvs-live Ustreamアーカイブ
ビッグバンから生命の誕生まで --次世代赤外線天文衛星SPICAの挑戦--