写真は、私たちの周りの世界を理解するのに役立ちます。洞窟の絵、落書き、図表から地図、スケッチ、写真に至るまで、世界を描写するためのツールが向上するにつれて、世界に対する理解も向上しています。そして、この記事で紹介するデバイスは、これまでで最も高度な画像ツールである可能性があります。
これは、Legacy Survey of Space and Time (LSST) カメラの焦点面であり、地球上または地球外で最大かつ最も洗練された写真機器です。これは、これまでに実施された中で最も野心的な天文学調査の 1 つとして、カリフォルニア州の SLAC 国立加速器研究所で開発されています。
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「これは 10 年間の調査になるでしょう」と、カメラの組み立てを担当する科学者のアーロン ロードマン教授は言います。 「チリの山頂から見える南半球の空のあらゆる部分の画像を撮ります。そして、私たちはそれを行って、多数の科学プロジェクトを可能にしています。」
ただし、LSST カメラは、ほんの一握りの画像を取得するだけではありません。毎晩約1,000かかります。そして画像が大きくなります。 LSST カメラの焦点面は 64 x 64cm で、各画像の視野は 9.6 平方度で、満月 40 個分を収めるのに十分です。
LSST カメラの各イメージ センサーは 40 x 40 mm で、そのうち 189 個がタイル状に並べられて焦点面が作成されています。概観すると、典型的なデジタル一眼レフ カメラは単一の 36 x 24 mm イメージ センサーを使用します。
しかし、LSST カメラが提供する驚くべきことは、画像のサイズと数だけではありません。焦点面には 32 億のピクセルが含まれているため、画像の詳細も前例のないものになります。
それが最終的にチリのヴェラ・C・ルビン天文台にあるシモニー・サーベイ・テレスコープ（巨大な直径8.4mの主鏡の周りに構築された、それ自体も同様に並外れた装置）に設置されると、あまりにも薄暗くて遠くにある物体からの光を検出できるようになります。
かつてないほど詳細
10 年間にわたる調査中に、LSST カメラは空をこれまで以上に詳細に撮影します。
「200 億個の銀河を見ることになるでしょう」と Roodman 氏は言います。 「また、私たちの銀河系である天の川を信じられないほど詳細に研究することもできます。何十億もの星を観察し、それらがどれだけ離れているか、移動しているかどうかについての情報を取得します。また、太陽系についても研究します。何百万もの天体が見られると予想しています。もしプラネット・ナインが存在するなら、私たちはそれを見るチャンスがあります。」
LSSTカメラがスポットするものはすべて研究され、これまでで最も包括的な天体の新しいカタログを作成するために使用されます。しかし、Roodman が説明するように、その目的は、宇宙の物体をより大きく、より完全に把握することだけではありません。それらの物体が時間の経過とともにどのように変化するかを示すことでもあります。
「空の画像を非常に高速かつ繰り返し撮影できるということは、時変現象をまったく新しい方法で研究できることを意味します。これまで実際にそれを行った人はいません。 [前] 調査では通常、空を数回しか見ていません。したがって、プロジェクト [一晩で 1,000 回それを撮影する] は本当に画期的です」と Roodman 氏は説明します。
オブジェクトが変化する方法を監視できるようにすることで、LSST カメラは宇宙の基本的な性質に関する新しいウィンドウを提供するはずです。特に、私たちが見ることができないその 95% は、暗黒物質と暗黒エネルギーとして知られる謎の存在で構成されています。
暗黒物質は光を吸収したり反射したりしませんが、重力があるほどたくさんあります。そして、その重力は周囲のオブジェクトからの光をゆがめ、外観を変えたり、別の場所にあるかのように見せたりするのに十分です. LSST カメラはこれらの歪みを検出し、暗黒物質の分布をマッピングするために使用します。
暗黒エネルギーはもう 1 つの謎であり、宇宙のほぼ 70% を占めているため、より大きな意味を持っています。暗黒エネルギーについては、私たちの理解に反して、宇宙の膨張を加速させているということ以外はほとんどわかっていません.
LSSTカメラにより、科学者は銀河間のギャップを正確に測定し、それらのギャップがどのように成長したかを測定できるようになり、銀河を成長させ続ける暗黒エネルギーに新たな光を当てることが期待されます.
スターリンクとの戦い
このような機能を備えたデバイスを構築するのは簡単なことではありません。取り付けられる望遠鏡は別として、LSST カメラだけでも 5,000 を超える部品が含まれています。その多くは特注品で、非常に高価で、不快なほど狭いスペースに詰め込まれています。したがって、言うまでもなく、焦点面の構築は神経をすり減らし、細心の注意を払って行われました。
焦点面は2020年1月に完成し、それ以来テストと微調整が行われています。 COVID のパンデミックにより、数か月間進捗が停止しましたが、現在は再開されており、2022 年に調査が開始される前に、完成した LSST カメラが 2021 年にチリに出荷される準備が整うことが期待されています。
しかし、プロジェクトが直面している問題は COVID だけではありません。チームは、Elon Musk の SpaceX 社に属する Starlink 衛星のコンステレーションの増加が、画期的な観測の可能性を脅かしていると述べています。
これらの衛星は、世界中に高速インターネット アクセスを提供することを目的としています。そのためには、低地球軌道を飛行し、高度に反射する必要があり、各衛星が LSST カメラの画像全体に広く明るい筋を放つ可能性を与えます。
カメラが宇宙の深さをどれだけ見ているかを考えると、前景に障害物があると、遠くの多くの詳細が隠されます. 1 つの衛星が多くの遠くのオブジェクトを覆い隠す可能性があり、Starlink コンステレーションには数千の衛星が含まれます。他の衛星インターネット企業によってさらに数千の衛星が打ち上げられる予定であることは言うまでもありません。
これは、Roodman とプロジェクトに関わるすべての人にとって大きな懸念事項です。 「せいぜい深刻な迷惑になり、最悪の場合、私たちの観察に大きな影響を与えるでしょう」と彼は言います。
「私たちは SpaceX と協力して、必要なものを彼らに知らせており、彼らは衛星を暗くするためにいくつかのことを行ってきました。暗い衛星の 1 つまたは 2 つが今上がっていると思いますが、明るさは私たちが望むほどには落ちていません。」
Starlink や類似の衛星は、プロジェクト全体を危険にさらすことはありませんが、現在の形では野心的な可能性を減らしています。それでも、LSST カメラが私たちに与える宇宙の画像は、これまで以上に大きくなります。それほど大きくはないかもしれませんが、宇宙に対する私たちの理解を変えるには十分な大きさです.
- このインタビューは、BBC Science Focus Magazine の第 357 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
