視力が悪いというだけで「仕事を休まざるを得ない」？ハッブルさん、あなたにもそんな過去があったんですね！

34年前、宇宙飛行士はハッブル宇宙望遠鏡を救った

宇宙飛行士はハッブル宇宙望遠鏡の広視野惑星カメラを後継機のWFPC2に交換しました。

（画像提供：アメリカ航空宇宙局（NASA））

NASAの宇宙飛行士が信じられないほど大胆なミッションでハッブル宇宙望遠鏡を救ってから34年が経ちました。これはおそらく、当時の科学者が考え出した最も大胆なミッションだった。つまり、ハッブル望遠鏡が1990年に打ち上げられたとき、その光学システムが故障し、画像がぼやけてしまったのです。幸いなことに、地球を周回する宇宙望遠鏡は宇宙飛行士によって物理的に修理することができます。はい、線路の真ん中です。

しかし、そのような能力があったとしても、ハッブルがこれほど早く、そしてこれほど劇的な理由で修理が必要になるとは、打ち上げ前には誰も予想していなかった。

当時は、ハッブルの光学系の中核となる全長2.4メートルの巨大鏡の「接地」作業が始まったばかりだった。当時宇宙に送られた最大の望遠鏡であったため、鏡は厳格な仕様に合わせて研磨する必要がありました。この困難な作業を実行する契約を獲得したのは、パーキンエルマーという会社でした。

技術者たちは3年間にわたり、鏡の素材の製作に取り組んできました。彼らは研磨し、清掃し、そしてもちろん測定も行いました。彼らはこれらの作業を何度も繰り返しました。遠くの銀河からの光を集中させるには、鏡を 5 マイクロメートル (0.005 ミリメートル) の精度で曲げる必要があります。このような精度は人間の視覚の範囲を超えているため、技術者はレーザーグリッドを使用してミラーの曲率を測定します。このグリッドは、反射ヌルコレクターと呼ばれるデバイスによって維持されます。これは、レーザーが侵入して金属板で反射できるように、エンドキャップと穴が開けられた金属棒の別名です。

1981年までに鏡は完成しました。 2年後、望遠鏡の残りの部分と組み立てられ、1986年にスペースシャトルで打ち上げられる準備が整ったが、悲劇が起こった。その年の1月に起きたチャレンジャー号の事故により、事故の調査が行われている間、スペースシャトルの打ち上げは3年間停止された。ハッブルはクリーンルームに座って待っていた。

1990年4月24日、ついにハッブルの時代が到来した。ミッションコントロールセンターと世界中の天文学者の歓声の中、彼はスペースシャトルディスカバリー号に乗って宇宙へ旅立った。

しかし、その歓声はすぐに涙に変わった。数日のうちにハッブルは稼働し、地球に画像を送信し始めたが、何かがおかしい。画像はぼやけており、代理店に不安が走った。視力に欠陥のある望遠鏡に15億ドルが無駄になったのでしょうか?

左は、修理前にハッブル望遠鏡で撮影された銀河 M100 の画像です。右は修理後のハッブル望遠鏡で撮影された最初の画像です。 2 つの比較画像では、明瞭度の違いがわかります。 (画像提供: NASA/ST SCI)

その後の調査で、事実が明らかになった。それは、望遠鏡が地上に留め置かれた当時まで遡る、時限爆弾のように隠されていた壊滅的なミスだった。調査の結果、反射ゼロ補正器の塗装が剥がれ落ちていたが発見されていなかったことが判明した。これにより、レーザーが反射するはずの場所ではなく、露出した金属の斑点が明らかになりました。つまり、反射ヌルコレクターは 1.3 mm ずれています。その結果、ハッブルの主鏡の外縁が誤って間違った仕様に合わせて研磨されてしまいました。研磨が浅すぎたため、わずか 2 ミクロンでは状況に対処するのに不十分でした。これは大したことではないように思えるかもしれませんが、この小さな間違いは大きな影響を及ぼしました。ハッブル望遠鏡は入射光の少なくとも70%を小さな円内に集光するように設計されていたが、鏡の問題により光の15%しか集光できなかった。他のすべてがぼやけてしまいます。この歪みは「球面収差」と呼ばれます。

これらすべてが暴露されると、NASAは世間の笑いものとなり、トークショーの司会者はNASAを嘲笑し、政治家はNASAに説明を求めた。結局、解決策は信じられないほど単純になりました。検眼医は近視の患者に眼鏡を処方する以外に何ができるでしょうか?

それがNASAの仕事です。

ハッブルの光学系はリッチ・クレティエン設計で、主鏡が光を幅わずか30センチメートル（12インチ）の小さな副鏡に反射します。副鏡は、主鏡の中央にある穴を通して光を主鏡の後ろの焦点に反射します。この焦点には科学機器（分光器やカメラなど）が配置されています。ハッブルを修正するには、球面収差を補正するために、光が焦点に到達する前に光路に何かを置く必要があります。これらはメガネで、この装置は COSTAR (Corrected Optics Space Telescope Axial Replacement) と呼ばれます。

そこで、NASAのケン・バウワーソックス、ディック・コヴィー、ケイシー・ソーントン、ジェフ・ホフマン、ストーリー・マスグレイブ、トム・エイカーズ、そしてNASAのクロード・ニコリエという7人の勇敢な宇宙飛行士のチームが、NASAの水中浮力タンクで数か月間訓練し、5回の船外活動の練習をしました。この船外活動は、COSTAR を設置し、元の広視野惑星カメラ (WFPC) を新しい、より高度なカメラ (WFPC2) に交換するために必要でした。故障したジャイロスコープは新しいものと交換されます。この宇宙遊泳はこれまでで最も危険な宇宙遊泳だと考えられている。

1993年12月2日、7人の宇宙飛行士がハッブル宇宙望遠鏡とNASAを救うという使命を帯びて、スペースシャトル・エンデバー号に乗って宇宙に打ち上げられました。 NASA がハッブル宇宙望遠鏡の修理すらできないのなら、はるかに複雑な作業である国際宇宙ステーションの打ち上げと組み立てをどうしてできると期待できるだろうか?

ハッブル宇宙望遠鏡はスペースシャトル・エンデバー号の貨物室にドッキングされている。 (画像提供: NASA)

エンデバー号はロボットアームでハッブル宇宙望遠鏡を掴み、軌道上の天文台を開いた貨物室に引き込んだ。勇敢な宇宙飛行士たちは5回の船外活動と修復作業を完璧にこなし、ハッブルが次に地球に画像を送信したときも画像は完璧だった。

ハッブル宇宙望遠鏡を修復するミッションは、その後 16 年間に渡って行われた数多くのミッションの最初のものに過ぎなかったが、どれも最初のミッションほど重要で劇的なものではなかった。皮肉なことに、長い目で見ればハッブル望遠鏡は COSTAR を必要としませんでした。その後の保守ミッションで、古いカメラと分光器が、球面収差を補正できる新しいモデルに置き換えられたのです。最後の整備ミッションは2009年にスペースシャトルが退役する前に実施され、その際に宇宙望遠鏡は大幅にアップグレードされた。

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ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）がハッブル宇宙望遠鏡の注目の多くを奪ったかもしれないが、このベテラン宇宙望遠鏡は今も重要な発見を続けている。その直前、ハッブル望遠鏡は木星と天王星の天候と季節の変化を観測し、土星の環から落ちてくる物質が土星の大気を温めていることを発見し、宇宙が誕生してまだ30億年だった頃に連星クエーサーを発見し、最も近い既知の太陽系外惑星の大きさを地球の直径の1.07倍と測定しました。

破壊された望遠鏡を救うという大胆なミッションがなければ、このどれも実現できなかったでしょう。この修復ミッションは NASA の評判を救い、ハッブル望遠鏡の遺産をその後 34 年間にわたって確実に残しました。その遺産は、驚くべきものであると同時に、深い意味を持っています。

著者: キース・クーパー

年度: 33

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