私たち人間には、宇宙を理解するための飽くなき飢餓があります。カール・セーガンが言ったように、「理解はエクスタシーです」。しかし、宇宙を理解するには、それを観察するためのより良い方法が必要です。そして、それは一つのことを意味します：大きな、巨大な、巨大な望遠鏡。
このシリーズでは、これから登場する世界の超望遠鏡について見ていきます。
- 巨大マゼラン望遠鏡
- 圧倒的に大きな望遠鏡
- 30メートル望遠鏡
- ヨーロッパの超大型望遠鏡
- 大規模な総観調査望遠鏡
- ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡
- 広視野赤外線調査望遠鏡
ハッブル宇宙望遠鏡が宇宙についての知識の状態に与えた影響を忘れがちです。実際、それはその成功の最良の測定値となる可能性があります。私たちはハッブルを取り上げ、それから学んだすべてを今のところ当然のこととしています。しかし、ハッブルよりもはるかに強力になるWFIRSTなど、他の宇宙望遠鏡も開発されています。これらの望遠鏡は、宇宙の理解をどのくらい広げますか？
「WFIRSTには、ハッブルと同じように、宇宙の驚異に目を向ける可能性があります。」 – John Grunsfeld、NASA Science Mission Directorate
ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）がしばしばそのように宣伝されているにもかかわらず、WFIRSTはハッブルの真の継承者である可能性があります。しかし、WFIRSTを望遠鏡と呼ぶことは正しくないかもしれません。それを天体物理学の天文台と呼ぶ方がより正確です。それは、その主要な科学目標の1つが、宇宙の膨張を促進する不思議な力であるダークエネルギーと、その膨張を遅らせる検出が困難な物質であるダークマターを研究することであるためです。
WFIRSTには、ハッブルと同じサイズの2.4メートルのミラーがあります。しかし、それはその鏡の力を拡大するカメラを持っているでしょう。 Wide Field Instrumentは、288メガピクセルのマルチバンド近赤外線カメラです。動作すると、ハッブルの画像と同じくらいシャープな画像をキャプチャします。ただし、大きな違いが1つあります。WideField Instrumentは、ハッブルが観測する空の100倍以上をカバーする画像をキャプチャします。
Wide Field Instrumentと並んで、WFIRSTにはCoronagraphic Instrumentがあります。コロナグラフィック装置は、太陽系外惑星の研究を進めます。フィルターとマスクのシステムを使用して、他の星からの光を遮断し、それらの星を周回する惑星に焦点を合わせます。これにより、居住性を決定する主要な方法の1つである、太陽系外惑星の大気の非常に詳細な研究が可能になります。
WFIRSTは2025年に発売される予定ですが、正確な日付を取得するには時期尚早です。しかし、それが起動すると、WFIRSTがSun-Earthラグランジュポイント2（L2）に移動する計画です。L2は、WFIRSTが作業を中断せずに実行できる、重力的にバランスの取れた空間です。使命は約6年間続く予定です。
「WFIRSTには、ハッブルと同じように、宇宙の驚異に目を向ける可能性があります」と、ワシントン本部にあるNASAの科学ミッション総局の宇宙飛行士であり副管理者であるジョン・グルンスフェルドは述べました。 「この使命は、独自の太陽系を超えて惑星を発見して特徴付ける能力と、感度と光学を組み合わせて、宇宙の奥深くを探査し、暗黒エネルギーと暗黒物質の謎を解明する探求を独自に組み合わせています。」
簡単に言えば、ダークエネルギーが何であるかについて2つの提案があります。 1つ目は宇宙定数であり、ダークエネルギーは宇宙全体で均一です。もう1つは、スカラーフィールドと呼ばれるもので、ダークエネルギーの密度が時間と空間で変化する可能性があります。
1990年代以降、観測結果から、宇宙の膨張が加速していることがわかりました。その加速は約50億年前に始まりました。ダークエナジーがその加速された拡大の原因であると私たちは考えています。宇宙のそのような大きくて詳細な画像を提供することにより、WFIRSTは、天文学者が時間の経過と大きな領域の拡大をマッピングできるようにします。 WFIRSTはまた、数百万の銀河の形状、位置、距離を正確に測定して、銀河団やそれに付随する暗黒物質を含む宇宙構造の分布と成長を追跡します。これにより、ダークエネルギーに関して次のレベルの理解が得られることが期待されます。
すべてが複雑すぎるように思える場合は、次のように見てください。宇宙が膨張していること、そして膨張が加速していることがわかります。なぜ、どのように拡大しているのかを知りたいのです。その拡大を推進している力に「ダークエネルギー」という名前を付けましたが、それについてもっと知りたいと思います。
ダークエネルギーと宇宙の拡大は巨大な謎であり、宇宙論者を駆り立てる問題です。 （彼らは本当に宇宙がどのように終わるのか知りたいのです！）しかし、私たちの残りの多くにとって、別の質問がさらに説得力があります：宇宙に私たちは一人ですか？
簡単な答えはありませんが、私たちが見つけた答えは、太陽系外惑星の研究から始まります。これは、WFIRSTが得意とすることでもあります。
「WFIRSTは、天文学コミュニティによって最優先事項として特定された科学分野に対応するように設計されています」と、NASAの天体物理学部門のディレクターであるポールハーツは述べています。 「広視野計器は、望遠鏡にハッブルの深さと品質で単一の画像をキャプチャする機能を提供しますが、領域の100倍をカバーします。コロナグラフは革命的な科学を提供し、遠くのガスの世界と超地球のかすかな、しかし直接的な画像を捉えます。
「コロナグラフは革命的な科学を提供し、遠く離れたガスの世界と超地球のかすかな、しかし直接的な画像を捉えます。」 –ポールハーツ、NASA天体物理学部門
太陽系外惑星を研究することの難しさは、それらがすべて軌道を回る星であることです。星はとても明るいので、惑星を詳細に見ることは不可能です。何マイルも離れた灯台をじっと見つめて、灯台近くの昆虫を研究しようとするようなものです。
WFIRSTに搭載されたコロナグラフィック装置は、遠くの星の光を遮るのに優れています。それはミラーとマスクのシステムでそれを行います。これが、太陽系外惑星の研究を可能にするものです。星からの光を取り扱ってはじめて、太陽系外惑星の性質を調べることができます。
これにより、太陽系外惑星の大気の化学組成を詳細に測定できます。これを数千の惑星にわたって行うことにより、さまざまな種類の星の周りの惑星の形成を理解し始めることができます。ただし、コロナグラフィック装置にはいくつかの制限があります。
コロナグラフィックインストゥルメントは、WFIRSTに少し遅れて追加されたものです。 WFIRSTの他の計測の一部は、WFIRSTで動作するように最適化されていないため、その操作にはいくつかの制限があります。それはガスの巨人、そしていわゆるスーパーアースだけを研究することができるでしょう。これらのより大きな惑星は、単にそれらのサイズのために、研究するのにそれほど多くの技量を必要としません。地球のような世界は、おそらくコロナグラフィック装置の力を超えているでしょう。
これらの制限は、長期的には大した問題ではありません。コロナグラフは実際にはテクノロジーのデモンストレーションであり、太陽系外惑星の研究の終盤を表すものではありません。この楽器から学んだことは、将来私たちを助けるでしょう。 WFIRSTの最終的な後継者がいつか、おそらく数十年後になるでしょう。そのときまでに、コロナグラフ技術は大幅に進歩しています。その将来、地球のような太陽系外惑星の直接のスナップショットが可能になるかもしれません。
しかし、おそらくそれほど長く待つ必要はないでしょう。
WFIRSTでコロナグラフの効果を高め、地球のような惑星を画像化できるようにする計画があります。 EXO-Sスターシェードと呼ばれています。
EXO-Sスターシェードは、直径34mの展開可能な遮光システムで、スターライトがWFIRSTの機能を損なうのを防ぎます。それは実際には別個のクラフトであり、別個に打ち上げられ、L2でWFIRSTとランデブーする途中で送信されます。それはつながれていませんが、カメラとガイドライトのシステムを通じてWFIRSTで方向付けられます。実際、スターシェードのパワーの一部は、WFIRSTから約4万から5万キロ離れていることです。
ダークエネルギーと太陽系外惑星はWFIRSTの優先事項ですが、より良い望遠鏡を待っている発見は常に他にもあります。 WFIRSTから学習するすべてを予測することはできません。画像はハッブルのように詳細ですが、100倍大きいため、いくつかの驚きがあります。
「このミッションでは、宇宙を調査して、そこから最も興味深いオブジェクトを見つけます。」 – WFIRSTプロジェクトサイエンティストNeil Gehrels
メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのGoddard宇宙飛行センターのWFIRSTプロジェクトサイエンティストであるNeil Gehrels氏は、「ダークエネルギーと太陽系外惑星のエキサイティングな機能に加えて、WFIRSTはすべての天文学者に絶妙なデータの宝庫を提供します。 「このミッションでは、宇宙を調査して、そこから最も興味深いオブジェクトを見つけます。」
今後数年間ですべての超望遠鏡がオンラインになるので、いくつかの驚くべき発見が期待できます。 10年から20年の間に、私たちの知識はかなり進歩しました。ダークマターとダークエネルギーについて何を学びますか？太陽系外惑星の集団について私たちは何を知っていますか？
現時点では、これらのことをよりよく理解するために模索しているように見えますが、WFIRSTや他の超望遠鏡を使用することで、より目的のある研究を行う準備ができています。
