国立天文台ハワイ観測所すばる望遠鏡

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国立天文台ハワイ観測所すばる望遠鏡
Subaru keck tels.jpg
すばる望遠鏡(左)。右はケックI望遠鏡
運用組織 国立天文台
設置場所 アメリカ合衆国ハワイ州
座標 北緯19度49分32秒
西経155度28分36秒
観測波長 可視光・赤外線
観測開始年 1999年
形式 主焦点/カセグレン/ナスミス式
口径 8.2メートル
開口面積 53平方メートル
焦点距離 16.4メートル(主焦点)
架台 経緯台
ウェブサイト http://subarutelescope.org/j_index.html
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大型光学赤外線望遠鏡愛称すばる望遠鏡(すばるぼうえんきょう、: Subaru Telescope)は、アメリカハワイ島マウナ・ケア山山頂(標高4,205m)にある日本国立天文台の大型光学赤外線望遠鏡である。

概要[編集]

1999年1月ファーストライト(試験観測開始)。建設総額は400億円。システム設計・建設のほとんどは三菱電機が請け負った。国立天文台が建設準備を進めていた当初のプロジェクト名は「日本国設大型望遠鏡」(英語名:Japan National Large Telescope, JNLT)だった。建設が始まった1991年に望遠鏡の愛称の公募が行われ「すばる」が選ばれた。

主鏡に直径8.2m、有効直径(実際に使われる部分の直径)8.2mという当時世界最大の一枚鏡をもつ反射望遠鏡であった。主鏡はアメリカのコーニング社コントラベス社に於いて7年以上の歳月を費やして製造された。

現時点(2010年4月)で世界最大の一枚鏡望遠鏡は、アメリカアリゾナ州にある大双眼望遠鏡で、8.4m鏡を2枚用いている。また分割鏡では、スペインラ・パルマ島ロケ・デ・ロス・ムチャーチョス天文台にあるカナリア大望遠鏡(有効直径10.4m)である。

すばる望遠鏡には高度な技術が多数使われている。例えば、コンピュータで制御された261本のアクチュエータにより主鏡を裏面から支持することにより、望遠鏡を傾けた時に生じる主鏡の歪みを補正し、常に理想的な形に保たれている(能動光学)。また、天文台の建物そのものの形状を工夫することで空気の乱れを防ぎ星像の悪化を防いでいる。採用された円筒形のドーム形状は、特に内部からの放熱による乱流を防ぐ観点で、通常の半球形のドームより適しているとの理由によって採用された。

性能[編集]

  • 方式:リッチークレチアン光学式反射望遠鏡
  • 望遠鏡設置場所
    • 緯度 北緯 19度49分43秒
    • 経度 西経155度28分50秒
    • 海抜 4,139m
  • 望遠鏡本体
    • 高さ:22.2m
    • 最大幅:27.2m
    • 重量:555t
  • 主反射鏡
    • 有効直径:8.2m
    • 厚さ:20cm
    • 重量:22.8t
    • 素材:ULE(超低膨張ガラス)
    • 平均表面研磨誤差:14nm
    • 焦点距離:15m
  • 焦点[1]
    • 主焦点F値:2.0(収差補正光学系を含む)=焦点距離16,400mm
    • カセグレン焦点F値:12.2=焦点距離100,000mm
    • ナスミス焦点F値:12.6(望遠鏡本体の左右に2つ)=焦点距離103,320mm
すばる望遠鏡を納める円筒形ドーム
  • ドーム
    • 望遠鏡連動円筒型エンクロージャ
    • 高さ:43m
    • 基本直径:40m
    • 重量:2,000t
    • 全体はアルミニウムパネルで覆われている。

観測装置[編集]

  • 近赤外線分光撮像装置 IRCS(地元ハワイ大学との共同開発)
  • コロナグラフ撮像装置 CIAO
  • 冷却中間赤外線分光撮像装置 COMICS
  • 微光天体分光撮像装置 FOCAS
  • 広視野主焦点カメラ Suprime-Cam[2]
  • 超広視野主焦点カメラ Hyper Suprime-Cam (ハイパー・シュプリーム・カム, HSC)
  • 高分散分光器 HDS
  • 多天体近赤外分光撮像装置 MOIRCS 東北大学理学部天文学教室との共同開発

これらの観測装置によって可視光から赤外線領域をカバーする観測が可能な仕組みとなっている。撮像を目的にした装置と分光観測を目的とした装置を、観測対象に応じて4つある望遠鏡焦点のいずれかに取り付けることで、広い範囲の波長をカバーする[3]。なお、新しい観測装置は、各大学や国立天文台にて開発研究が進められている(国立天文台の項を参照)。[4]

「HDS:高分散分光器」、「IRCS:近赤外線分光撮像装置」及び「Suprime-Cam:広視野主焦点カメラ」が、国立天文台ハワイ観測所開設の最初の時期に設置した観測装置である。その後、岡山天体物理観測所等で行われた開発に基づき新たに開発された機器「COMICS:冷却中間赤外線分光装置」や「FOCAS:微光天体分光撮像装置」を設置し観測に利用している。また、太陽系外惑星発見などを目指して開発された「CIAO:コロナグラフ撮像装置」によって、「連星系」や「太陽系外惑星系」の観測が行われる。また、大規模光学系を有効に活用するために、東北大学のチームが中心となって開発した「MOIRCS:多天体近赤外分光撮像装置」が設置されて現在にいたる。

2012年8月には、「Suprime-Cam:広視野主焦点カメラ」に代わって新開発の「超広視野主焦点カメラ Hyper Suprime-Cam (ハイパー・シュプリーム・カム)」が設置され、2013年7月にファイストライト画像が公開された。Suprime-Camでは、アンドロメダ銀河の一部 (満月よりやや広い視野) を撮影できていたが、Hyper Suprime-Camは、満月9個分の広さの天域を一度に撮影できる世界最高性能の超広視野カメラとなった。独自に開発した 116 個の CCD 素子を配置し、計8億7000万画素を持つ巨大なデジタルカメラの持つ広い視野により、すばる望遠鏡はアンドロメダ銀河のほぼ全体を1視野で捉えることに成功した[5]

今後の観測機器に関しては、太陽系外惑星をピンポイントで観測するために、コロナグラフフィルターの精度と、伴に、補正光学系を改良した「HiCIAO」の開発を実施している。

観測補助装置としては、浜松ホトニクス社の開発した波面センサーによる補償光学装置や理化学研究所にて開発されたレーザーガイド星装置などがあり、高分解能かつ高精度(レイリー限界やドーズ限界に限りなく近くする)の観測が可能なように配慮している。ただし、波面センサーの分解能に関しては、これからも研究開発が進むことによって、将来更に解像度を上げた装置になる予定でもある。

用語補足[編集]

高分散分光器と低分散分光器の違いについて。

高分散分光器は、分光像を焦点レンズなどを用いて拡大することによって、精密な分光像が得られる装置。難点は、焦点レンズによって拡大されるため、分光像が暗くなってしまうことである。そのため、有る程度の口径か、もしくは高感度のセンサーが必要となる。後者の場合には、暗電流等の問題があるため、通常は用いられない。 低分散分光器は、分光像をそのまま撮影できるようにした装置のこと。具体的には、光学プリズムや解析格子などを用いて得られたスペクトルをそのまま表示もしくは撮像できる装置である。特に、太陽観測や惑星科学観測などで用いられる。

観測技術[編集]

直径8.2mに対して厚さが20cmしかない反射鏡の精度を維持するために、動的支持装置 (Active Support) を搭載している。この支持装置は、鏡面精度を常に 100 nm (10^{-7}m) の桁に保つための装置である。コンピュータで制御された261本のアクチュエータにより主鏡を裏面から支持することで、望遠鏡の姿勢変化による主鏡の変形を0.1秒に1回の頻度で自動的に微調整している。

地球大気の乱流などもっと速い変動に起因する星像の揺れを実時間で直す装置(補償光学: Adaptive Optics)は2000年12月よりカセグレン焦点に設置されている。これにより近赤外線では回折限界 (Diffraction limit) に迫る星像が得られている。さらに赤外ナスミス焦点に人工星(レーザーガイド星)を使った更に高精度な補償光学系を開発し、2006年10月にファーストライト(初観測)に成功した。

これらの技術によって天体の解像度の高い画像を得るとともに、遠方にある微かな光を放つ銀河や星雲などの観測性能を大幅に向上させる。

すばる望遠鏡による成果[編集]

すばる望遠鏡は日本の国立天文台の施設であるが、国際共同利用観測所であるため世界中の天文学者が観測提案を提出することができ、審査に合格した観測提案だけが実行に移される。観測提案は年に2度募集される。

単独観測[編集]

  • 宇宙の大規模構造の元となる、フィラメント状星雲の発見。また、銀河系の10倍以上の質量を持つ、銀河団の元となる星雲を発見。
  • 赤外線によって、宇宙の最遠の超新星爆発を捉える。
  • 太陽系外にある微惑星のリングを捉える。
  • 2005年2月 くじら座の方向に観測史上最遠の銀河団を捉える。距離128億光年
  • 2006年5月 ガンマ線バーストの解析により、宇宙の再電離はビッグバン後9億年まで遡ることを確認。
  • 2006年8月 かに座の方向に日本人の発見したものとしては最遠となる127億光年離れたクエーサーを発見。
  • 2006年9月かみのけ座の方向に、天体観測史上最遠となる128億8000万光年離れた銀河を発見する。
  • 2014年11月 すばる望遠鏡にとって最も遠い宇宙をこれまでにない感度で探査し、ビッグバンからわずか7億年後 (131億光年先) の宇宙にある銀河を7個発見[6]

国際連携観測[編集]

撮影画像と天体カタログの公開[編集]

2004年、国立天文台・東京大学・宇宙航空研究開発機構・英国ダーラム大学・英国レスター大学の研究チームは、「すばる/XMM-ニュートン・ディープサーベイ」 (SXDS) により取得された深撮像サーベイ画像と検出された天体カタログを全世界へ公開した[7]

出来事[編集]

  • 望遠鏡を収めるドーム施設の建設中に火災が発生した。この事故によって4名の作業員が死亡した。
  • 2011年7月、すばる望遠鏡の主焦点部から冷却液が漏れ出す事故が起きた。液は主鏡を含めた広範囲に飛び散り、機材も浸水したため、観測利用が行えない状態となった[8]。その後、原因究明と復旧作業が進められ、2011年9月までにナスミス焦点、カセグレン焦点、および赤外用主焦点での観測を再開した。損傷の大きかった可視光用主焦点の復旧には時間がかかったが、2012年7月15日に共同利用観測を再開することができた[9]

脚注[編集]

  1. ^ 観測機器を取り付ける焦点は4箇所ある。なお、主焦点ならびにカセグレイン焦点は可視光・近赤外の焦点系であり、ナスミス焦点は片方が可視光焦点であり、もう片方は近赤外焦点である。
  2. ^ より広い視野と解像度を得ることを目的とした、Hyper Suprime-Camに置き換えられた。これは、近赤外線領域から可視光をカバーするモザイク型CCDカメラと光学補正レンズからなる。
  3. ^ 正確には、大型観測装置がナスミス焦点に取り付けられ、小型の広視野主焦点カメラ (Suprime-Cam) が、主焦点観測室に取り付けられる。特に大型の観測装置によっては、数トンの重量に達するものもある。また、カセグレイン焦点には、日本放送協会 (NHK) のスーパーハープ管型カメラが取り付けられ、すばる望遠鏡から生中継が行われたこともある。科学観測的には、コロナグラフ撮像装置や微光天体分光撮像装置などが取り付けられ、連星系の伴星の観測なども行われている。
  4. ^ 新規に開発された新しい観測機器に関しては、岡山天体物理観測所や各大学の保有する天文台での実験観測を経て、観測計画に基づき設置利用が可能である。この場合には、その観測機器は開発した大学や研究室によって保有されることになる。なお、国立天文台における大型機器の開発研究に関しては、自然科学研究機構ならびに文部科学省、さらには財務省の許可が要るため、時間がかかる例もある。例外として、MOIRCSの開発が挙げられるが、この場合には、科研費単年度での開発が必要だったため、非常に短期間で開発が実施されることになったのである。
  5. ^ “新型の超広視野カメラが開眼、ファーストライト画像を初公開”. すばる望遠鏡. (2013年7月30日). http://subarutelescope.org/Topics/2013/07/30/j_index.html 2013年8月11日閲覧。 
  6. ^ “すばる望遠鏡の限界に挑んだ最遠方銀河探査 〜 宇宙初期に突然現れた銀河を発見 〜”. 国立天文台ハワイ観測所 (すばる望遠鏡). (2014年11月18日). http://subarutelescope.org/Pressrelease/2014/11/18/j_index.html 2014年11月23日閲覧。 
  7. ^ 「すばる望遠鏡 銀河形成の歴史に迫る」 -すばる/XMM-ニュートン・ディープサーベイ(SXDS) 画像データ公開-
  8. ^ “すばる望遠鏡が冷却液漏れで観測中止”. AstroArts. (2012年7月19日). http://www.astroarts.co.jp/news/2011/07/06subaru/index-j.shtml 2011年7月6日閲覧。 
  9. ^ “すばる望遠鏡、主焦点カメラでの観測を再開”. AstroArts. (2012年7月19日). http://www.astroarts.co.jp/news/2012/07/19subaru/index-j.shtml 2012年7月30日閲覧。 

参考文献[編集]

  • 安藤裕康『世界最大の望遠鏡『すばる』』(誠文堂新光社、1998年) ISBN 4-582-50303-9
  • 小平桂一『大望遠鏡「すばる」誕生物語 星空にかけた夢』(金の星社、2000年) ISBN 4-323-06076-9
  • 唐牛 宏『宇宙の謎に迫る日本の大望遠鏡「すばる」』(誠文堂新光社、2000年) ISBN 4-416-20001-3
  • 小平桂一『宇宙の果てまで すばる大望遠鏡プロジェクト20年の軌跡』(早川書房ハヤカワ文庫NF、2006年) ISBN 4-15-050308-7

関連項目[編集]

施設[編集]

学術研究分野[編集]

その他[編集]

外部リンク[編集]