画像クレジット：アリゾナ大学
30年以上前、ロジャーエンジェル博士は、アリゾナ州ツーソン地域で天文観測を行うのに有利な条件に惹かれて、アリゾナ大学にやって来ました。しかし今、エンジェルは望遠鏡を少し離れた場所に設置することを提案しています。月の極のクレーターです。
軽量望遠鏡のミラーと補償光学の革新で知られているエンジェルは、液体ミラー望遠鏡（LMT）を使用して月極の1つ近くに深フィールド赤外線天文台を構築する可能性を模索している米国とカナダの科学者チームを率いています。 ）。
このコンセプトは、NASA Advanced Concepts（NIAC）から昨年10月に資金提供を受け始めた12の提案の1つです。初期調査を行い、開発における課題を特定するために、6か月間の研究に対してそれぞれ75,000ドルを受け取ります。第1フェーズを通過するプロジェクトは、2年間でさらに40万ドル以上の資格があります。
LMTは、反射液体（通常は水銀）をボウル型のプラットフォーム上で回転させて、放物面を形成します。これは、天文光学に最適です。アイザックニュートンは最初に理論を提案しましたが、実際にそのようなデバイスを実際に作成する技術は、最近開発されたばかりです。カナダのバンクーバーにある6メートルのLMTや、NASAがニューメキシコにある軌道デブリ天文台に使用している3メートルのバージョンなど、ほんの一握りのLMTが今日使用されています。
地球では、望遠鏡の回転によって生じる自己生成された風が表面を乱すため、LMTのサイズは直径約6メートルに制限されています。さらに、他の地球ベースの望遠鏡と同様に、LMTは大気の吸収と歪みの影響を受け、赤外線観測の範囲と感度が大幅に低下します。しかし、大気のない月は放物面鏡の形成に必要な重力を供給しながら、このタイプの望遠鏡に最適な場所を提供するとエンジェルは言います。
月のLMTの可能性は、非常に大きな望遠鏡を作ることです。参考までに、ハッブル宇宙望遠鏡には2.4メートルのミラーがあり、2011年の打ち上げ用に開発されているジェームズウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）には6メートルのミラーがあります。エンジェルのNIAC提案のコンセプトは20メートルのミラーですが、チームがこれまでに行った研究により、彼らは現在、非常に大きなミラーを作成することを検討しています。彼らはまた、より小さなLMTを検討しています。 「私たちは明らかに月に行って100メートルの鏡を最初にすることはできません」とAngelは言いました。 「2メートル、20メートル、100メートルの一連のスケールサイズを調べており、それぞれの可能性を調べています。」エンジェルは、2メートルの望遠鏡は月に人間がいなくても作れると信じており、火星探査機の科学機器が現在稼働しているように、ロボット望遠鏡として設定されます。
液体ミラーの制限は、まっすぐ上を向くだけであるため、任意の方向に向けて空のオブジェクトを追跡できる標準的な望遠鏡のようなものではありません。真上にある空の領域のみを確認します。
したがって、LMTの科学的な目標は、空全体を見渡すのではなく、空間の1つの領域を取り、それを激しく見ることです。エンジェルが説明したように、収集された豊富な情報の観点から、この種の天文学は非常に「有益」でした。ハッブル宇宙望遠鏡による最も生産的な科学的努力のいくつかは、その「ディープフィールド」写真でした。
常にスペースの1つの領域のみを見ることができると、エンジェルと彼のチームは、この望遠鏡に最適な場所の月極の1つを探すようになります。地球の極と同様に、月の極からまっすぐ見上げると、常に同じ銀河系外の視野が提供されます。 「月の北極または南極に行く場合、常に空の1つのパッチをイメージするので、ハッブルディープフィールドよりもはるかに深い、非常に深い統合を行うことができます。」それを大きな開口部と組み合わせると、この望遠鏡は地球上または宇宙にあるどの望遠鏡にも匹敵しないような観察の深さを提供します。 「それはこの望遠鏡のニッチまたは特定の強さです」とエンジェルは言いました。
液体ミラーのもう1つの利点は、大きくて硬いガラス片を作成、研磨、テストするか、研磨してテストし、非常に結合しなければならない小さな片を作成することにより、標準ミラーを作成するプロセスと比べて非常に安価であることです。正確に。また、LMTには高価なマウント、サポート、追跡システム、またはドームは必要ありません。
「ジェームズウェッブ望遠鏡の総コストは10億ドルを超えると予想されており、ミラーの値札だけで約25万ドルになります」とAngel氏は語った。 「そのミラーは6メートルなので、宇宙でさらに大きなミラーにその技術を拡大すると、最終的には破綻し、現在の研磨されたミラーを作る技術ではそれらを購入することができなくなります。それを宇宙に持っていきます。」
2メートルの望遠鏡はプロトタイプですが、それでも天文学的に価値があります。 「スピッツァー宇宙望遠鏡とウェッブ望遠鏡を補完することができます。月の2メートルの望遠鏡が2つの望遠鏡の間の領域を埋めるからです。」 20メートルのミラーはJWSTの3倍の解像度を提供します。統合するか、「シャッター」を1年間など長期間開いたままにすると、100倍暗いオブジェクトを表示できます。 100メートルのミラーは、チャートから外れたデータを提供します。
月にLMTを開発する際の課題の1つは、プラットフォームをスムーズかつ一定の速度で回転させるためのベアリングを作成することです。地球上のLMTにはエアベアリングが使用されていますが、月面に空気がないと不可能です。エンジェルと彼のチームは、磁場を使用して摩擦のない動きを得るために磁気浮上列車に使用されているものと同様の極低温浮上軸受を見ています。エンジェル氏はさらに、「おまけとして、月の気温が低いと、エネルギーを消費せずにそれを行うことができます。これは、電力を連続して入力する必要のない、浮上軸受を作ることができる超伝導磁石を作ることができるからです。 」
エンジェルは、ベアリングを望遠鏡の重要なコンポーネントと呼びました。 「風が吹く風が月にないので、方位に問題がなければ、サイズに制限がなく、必要な精度に達することはできません」とAngelは言いました。
NIACの資金提供を受けてからのプロジェクトの進化の1つは、望遠鏡の位置です。最初の提案では、エンジェルのチームはシャクルトンクレーターで月の南極を支持しました。しかし、北極は実際に銀河系外の観測により適した視野を提供していると彼らは認識し、エンジェルは最近、月の極域の調査を開始した欧州宇宙機関のSMART-1月周回衛星からのデータを待っています。
「極地では、太陽が決して照らさず、地面を決して加熱しないクレーターがいくつかあります」とAngelは言いました。 「気温は非常に低く、絶対零度をはるかに超えることはありません。このような敵対的な状況下で望遠鏡を構築するのではなく、どちらかの極の頂上に望遠鏡を構築しようとします。これは太陽光発電を提供し、条件はそこに住んでいる人々にとってより良いでしょう。望遠鏡の周りに円筒形のマイラースクリーンを置いて、太陽が当たらないようにするだけで、クレーターの底のように冷えます。」
赤外線観測では、冷たい望遠鏡は、宇宙でより冷たく暗い物体を見ることができるために不可欠です。望遠鏡を絶対零度近く（0ケルビン、-273 C、-460 F）にするのが理想的です。水銀はこれらの温度で凍結するため、プロジェクトのもう1つの課題は、ミラー用に回転させる適切な液体を見つけることです。候補の一部は、エタン、メタン、およびその他の小さな炭化水素です。1月14日に土星の最大の月に着陸したホイヘンス探査機によってタイタンで発見された液体のようなものです。
「しかし、これらの液体は光沢がないので、アルミニウムのような光沢のある金属を液体の表面に直接堆積させる方法を理解する必要があります」とAngelは言いました。 「通常、私たちが天体望遠鏡を作るとき、ミラーはガラスから作られますが、あまり反射しないので、ガラス上にアルミニウムまたは銀を蒸発させます。月では、ガラスではなく液体に金属を蒸発させる必要があります。」
これは、NIAC賞に基づく研究の重要な分野の1つです。当初の研究では、Angelのチームは金属を液体に蒸発させることができましたが、まだ必要な低温ではありませんでした。しかし、彼らはこれまでの結果に励まされています。
エンジェルのチームはNIACプロジェクトにとって異例であり、それは国際的なコラボレーションであり、NIACは国際的なパートナーに資金を提供していません。 「回転液体ミラー望遠鏡の製造に関する世界の専門家はすべてカナダにいるため、月にそれを行うことを考えている場合、それらを持ち込むことは非常に重要でした」とAngelは語った。 「幸いなことに、彼らはいわば自分のチケットでやって来ており、プロジェクトに興奮しています。」
チームのカナダのメンバーは、1980年代初頭からLMTの研究と構築を行ってきたケベックのラヴァル大学のEmanno Borraと、Borraの協力を得て6メートルのLMTを建設したブリティッシュコロンビア大学のPaul Hicksonです。バンクーバー。他の協力者には、極低温ベアリングの専門家であるテキサス大学ヒューストン校のKi Ma、望遠鏡の機械工学の専門家であるアリゾナ大学のWarren Davison、および大学院生のSuresh Sivanandamが含まれます。
NIACは、NASAの使命を前進させることができる宇宙機関以外の人々や組織から革新的な概念を引き出すために1998年に作成されました。 NASAによると、優勝したコンセプトは、「既知の科学技術の限界を押し広げる」ため、および「NASAのミッションとの関連性を示すため」に選択されています。これらの概念の開発には、少なくとも10年かかると予想されます。
エンジェルは、NIACアワードを受け取ることは素晴らしい機会であると言います。 「私たちは間違いなく（NIAC資金の）フェーズIIの提案を書くでしょう」と彼は言った。 「フェーズIの間に、このプロジェクトで最も重要な問題のいくつかと、現在実行する必要のある実際的な手順を特定しました。私たちはいくつかの質問を開きました。ショーストッパーがあるかどうかを確認するために実行できるいくつかの簡単なテストがあります。」
月の赤外線天文台を実現するための最大のハードルは、おそらく天使の手に負えないでしょう。 「月は科学を行うには非常に興味深い場所です」とエンジェルは言った。 「しかし、それは月に戻るためのNASAによるリソースの実質的なコミットメントに基づいています。」確かに、20または100メートルの大型望遠鏡を構築するには、月に有人の存在が存在する必要があります。 「それで、」エンジェルは続けました、「その方向にあなたの科学をつなぐことによって、あなたはあなたが絶対に制御できない非常に大きな犬の尻尾になります」？
エンジェルは、NASAと米国が宇宙探査ビジョンの勢いを維持し、月に戻ることを期待しています。 「私は最終的に、宇宙への移動は人間がやる気があり、いつかやることになるものだと思います」とエンジェルは言った。 「それが起こったとき、そこに着いたら面白いことをすることが重要です。この惑星の表面を離れて月に行った理由を知る必要があります。私たちは探検しています、しかし月を探査するだけでなく、月を超えて科学的研究を行う場所としてそれを使用することができます。それは全体像で起こるべきことだと思います。」
ナンシーアトキンソンはフリーランスのライターであり、NASAソーラーシステムアンバサダーです。彼女はイリノイ州に住んでいます。
