NASAの新型望遠鏡、ハッブルが2000年かかった観測をわずか1年で達成へ

ハッブル宇宙望遠鏡を使って全天をマッピングしようとすれば、気が遠くなるような長い待ち時間が必要になります。正確には約2,000年です。画像をカチカチとクリックし、ドラッグし、つなぎ合わせる作業を2千年分も続けることになります。作業が終わる頃には星々は位置を変え、帝国は滅び、あなたのハードドライブは先史時代の塵の山と化していることでしょう。現在、ゴダード宇宙飛行センターのクリーンルームに保管されているNASAのナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡は、その2千年の苦行を12カ月のスプリントに変えようとしています。

NASAのジャレッド・アイザックマン長官は最近、この観測機器が完成しただけでなく、予定より8カ月も前倒しで進んでおり、驚くべきことに予算内に収まっていることを認めました。遅延は数十年単位、超過費用は数十億ドル単位で測定されるのが当たり前の、ハイリスクな航空宇宙工学の世界において、ローマンは究極の異例な存在です。わずか6年で構築および統合されたこの比類なきマシンは、ケネディ宇宙センターから9月初旬の打ち上げに向けて、SpaceXのファルコンヘビー・ロケットに積み込まれる準備が整っています。

この望遠鏡は、「ハッブルの母」としばしば呼ばれるナンシー・グレース・ローマンにちなんで名付けられました。これこそがふさわしい賛辞です。その名を冠した前任機が宇宙を初めて鮮明に捉える目を与えてくれたのに対し、この新しいミッションは、その目が明らかにした謎を解明するために設計されています。主な目的は、なぜ宇宙が加速しながら膨張しているのか、そして失われたすべての物質はどこに隠れているのかを明らかにすることです。

1枚の写真に50万台の4Kテレビ

ローマンが生成するデータの規模を理解するには、ギガバイト単位で考えるのをやめ、インフラストラクチャとして考える必要があります。ミッションのシニアプロジェクトサイエンティストであるジュリー・マッケナリー博士は、頭が痛くなるような例えを提示しています。ローマンの主要なサーベイ（観測）で得られたたった1枚の画像をフル解像度で表示しようとすれば、50万台以上の4Kテレビが必要になるというのです。500台でも5,000台でもなく、50万台です。

これは天文学の「ビッグデータ」時代が本格的に到来したことを意味します。ハッブルが最初の30年間で172テラバイトのデータを収集したのに対し、ローマンは毎日1.4テラバイトもの科学データを送信することが期待されています。これは、全く新しい処理方法を必要とする情報の奔流です。もはや興味深い銀河を一つ探すだけではありません。数十億もの銀河を同時に観察し、それらが永劫の時を経てどのように集まり、動き、進化するのかを調べるのです。

この広角のアプローチこそが、ダークエネルギーの謎に迫る唯一の手段です。ダークエネルギーとは、宇宙の約68%を構成し、あらゆるものを互いに引き離そうとしている目に見えない「何か」です。直接見ることはできませんが、広大な領域にわたって十分な数の銀河を観測すれば、その影響を確認することができます。ローマンは宇宙の国勢調査員のように振る舞い、数億個の銀河の位置と距離をマッピングすることで、ビッグバン以来、ダークエネルギーがどのように重力との綱引きで優位に立ってきたのかを正確に明らかにします。

望遠鏡の半分が宇宙の最大級の構造に固執している間、もう半分はそれよりもはるかに小さなもの、つまり惑星を探しています。私たちはすでに約6,000個の太陽系外惑星を確認していますが、そのほとんどは、それらが恒星の前を通過する際のわずかな光の減少を観測することによるものです。ローマンはさらに数万個の惑星を発見すると予想されていますが、それはまるでSFのような装置を使って行われます。

ローマン・コロナグラフは、本質的には望遠鏡のためのハイテクなサングラスです。その役割は、遠くの星の眩しい輝きを遮り、近くの惑星で反射するはるかに微かな光を見えるようにすることです。その難易度を例えるなら、数マイル先にある灯台の横を飛ぶホタルを見つけようとするようなものです。灯台の光を遮らなければ、虫を見つけるチャンスはゼロです。

この装置は、これまでに飛行したものの中で最も進化した同種の機器です。宇宙空間で鏡の形状をわずかに変化させ、完璧な精度を維持できる「能動光学」システムを搭載しています。これは単に別の巨大ガス惑星を見つけるためだけのものではありません。将来のハビタブル・ワールド・オブザーバトリー（居住可能世界観測所）のための概念実証です。究極の目標は別の地球を見つけることであり、ローマンは私たちが実際に地球を直接観測できる技術を持っていることを証明する偵察ミッションなのです。

重力マイクロレンズ効果（ある星の重力を使って別の星の光を増幅する手法）を通じてこれらの世界を発見する望遠鏡の能力は、これまで以上に恒星から遠く離れた惑星を見つけることを可能にします。現在の惑星地図の空白を埋め、他の望遠鏡では見ることのできない「冷たい」惑星の姿を明らかにします。私たちは、惑星が存在することを知る段階から、天の川銀河全体に広がる太陽系の真の多様性を理解する段階へと移行しているのです。

政府支出のユニコーン

おそらくローマンの物語の中で最も衝撃的なのは物理学ではなく、事務手続きの面でしょう。NASAのプロジェクトは「完成まで常にあと10年、費用はあと100億ドル」と言われるのが常です。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡はその代表例となり、最終的に数年の遅延と数十億ドルの予算超過で打ち上げられました。ローマンはその脚本を覆したのです。

主力ミッションを8カ月前倒しで、しかも予算内で完了させることは、プロジェクト管理とエンジニアリングの規律における最高水準の業績と言えます。ゴダードのチームとその産業パートナーは、巨大な広視野機器（Wide Field Instrument）とコロナグラフを記録的な速さで統合することに成功しました。この効率性こそが、望遠鏡がファルコンヘビーとの待ち合わせ場所であるフロリダへの輸送準備に既に入っている理由です。

ファルコンヘビーを選択したことは重要です。世界で最も強力なロケットの一つであり、ローマンを目的地であるラグランジュ点2（L2）に送り届けるには、そのすべてのパワーを必要とします。L2は地球から約100万マイル離れた宇宙空間の安定した地点で、望遠鏡は太陽と地球に対して固定された位置に留まり、背中を私たちに向けたまま、深淵の闇を見つめ続けることができます。

到着して5年間の主要ミッションを開始すれば、ローマンは単独で作業を行うわけではありません。ハッブルやウェッブとある種の宇宙的なタッグを組むように設計されています。ウェッブが特定の天体の微細で高解像度な詳細に焦点を当てる一方、ローマンはそのコンテキスト（背景）を提供します。ローマンが大規模なサーベイで興味深いターゲットを見つけ、その後ウェッブがズームインして詳細を観察する。彼らは力を合わせ、私たちがこれまでに得た中で最も完全な宇宙の姿を見せてくれる観測パワーのトリフェクタ（三位一体）を形成します。

深宇宙の天気を地図にする

宇宙の天気について話すとき、通常は太陽フレアや地球を取り巻く放射線帯を指します。しかし、ローマンが活動するスケールでは、「天気」とは銀河全体にわたるガス、塵、星の壮大な動きを指します。ローマンは何百億もの星と数千の超新星を追跡し、天の川銀河とその近隣の気候を実質的にマッピングします。

ローマンが活動するスピードは、物事の変化を捉えることを可能にします。天文学はしばしば、何百万年もかけて変化が起こるスローな科学と見なされがちです。しかし、ローマンの1,000倍のスピードがあれば、突発的なイベント（夜に突然起こる出来事）をかつてないほど効果的に捉えることができます。それは、群衆の静止写真を撮るのと、高精細なビデオで撮影するのとの違いです。動き、流れ、そして予期せぬ衝突が見えてくるのです。

9月の打ち上げ日に向けて、緊張が高まっています。数百万時間におよぶ作業が、わずか数分間のロケットの推進力へと凝縮されようとしています。ローマンが期待通りに機能すれば、今後10年の天文学は単に過去を深く見つめるだけではありません。ハッブルがスローモーションで動いているように思えるほどのスケールとスピードで、宇宙を見ることになるのです。私たちは、先祖たちが過去2千年間で見たよりも多くの宇宙を、わずか1年で見ることになるでしょう。