天文学は私たちにとって最も身近でありながら最も遠い科学ですが、その用途は何でしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: 張双南 (中国科学院高エネルギー物理研究所) 中国科学博覧会

プロデューサー: 中国科学博覧会

私たちが今日使用している世界やテクノロジーに関する理解のほぼすべてが天文学に由来していることをご存知ですか?驚かれるかもしれませんが、これは本当です。私たちから最も遠いと思われている天文学が、実は私たちの生活に最も近いものであるのも、このためです。

なぜ天文学は私たちにとって最も身近な科学なのでしょうか?

昼間見る太陽、夜見る星空、私たちが目にするすべてのものが天文学の研究対象です。天文学の研究対象は私たちから非常に遠く離れていますが、触れることはできなくても毎日見ることができるので、実は私たちにとって最も近くにあるのです。

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さらに、ニュートン力学の最も重要な万有引力の法則や量子力学など、私たちの科学で使用されている物理法則はすべて天文学の研究から生まれています。

初期の頃、天文学者は太陽や他の天体のスペクトルで観測されるスペクトル線を観察しました。天文学で観測されるこれらの現象を理解するために、私たちは物理学の理論を確立します。そして科学者たちは、これらの理論が空だけでなく地球にも当てはまることにも気づきました。

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この観点から見ると、空と地上のものは実際には同じものであり、同じ天文学の法則によって導かれています。今日の技術は、さまざまな法則の発見によって発展してきました。

それで、動物と人間はなぜこんなにも違うのかというジョークがあります。動物には天文学者がいないからです。

天文学はどのようにして法則から応用へ進むのでしょうか?

私たちが必要とする技術は、多くの場合、当時の産業技術レベルよりも 1 世代または 2 世代高いものです。しかし、抽象的な法律を実際の技術に変えるプロセスは不確実性に満ちています。

通常、科学研究者は研究室で技術を開発し、それをビジネス界に引き渡し、ビジネス界はさまざまな機器を製造して衛星に搭載します。このプロセスでは、適用できる技術もあれば、適用できない技術もあり、また、将来の科学プロジェクトに役立つ技術もあります。

インサイト-HXMT衛星が宇宙最強の磁場を測定

画像出典: Insight-HxMT

しかし、おそらく今日では科学プロジェクトにのみ役立っているこれらの技術は、何年も後に私たちの日常生活に実際に浸透することになるだろう。しかし、科学研究者が技術を開発する本来の意図は実は非常に単純で、前向きな科学的アイデアを実現することですが、最終的には技術にさまざまな影響を与える可能性があることに留意する必要があります。

たとえば、WiFi テクノロジーは天文学者によって電波望遠鏡用に開発されました。ウェブ技術は、コミュニケーションの利便性のために素粒子物理学者によって開発されました。

天文学と密接な関係のある衛星の分野に戻ると、研究開発の過程で革新的な技術は開発されていません。しかし、当社の技術の中には、国際市場でほぼ独占的な地位を達成するのに十分なものもあるため、落胆する必要はありません。

天文衛星の成果 - 洞察

1990年代初頭に李致北院士がこのプロジェクトを提案しましたが、当時我が国は経済力と技術力が不十分だったため、天文衛星を建造する能力がありませんでした。そのため、研究者が「スマートアイ」を開発したのは近年になってからのことでした。

我が国は酒泉衛星発射センターで初のX線宇宙天文衛星「インサイト」の打ち上げに成功した。

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このプロジェクトは2017年に開始され、ブラックホールの観測など実りある成果を上げています。例えば、ブラックホールのすぐ近くでほぼ光速で移動する相対論的ジェットが発見されましたが、それがどのように生成されたかは明らかではありません。

インサイト-HXMT衛星はブラックホールに最も近い相対論的ジェットを発見した

画像出典: Insight-HxMT

インサイトはまた、中性子星の特定の活動に関連する高速電波バーストなど、中性子星のいくつかの奇妙な動作も発見した。

インサイト-HXMT衛星がマグネターバーストを観測し、高速電波バーストの起源の謎を解明

画像出典: Insight-HxMT

Insight-HXMT衛星は、ブラックホールや中性子星を観測できるだけでなく、太陽バースト、地球からのガンマ線バースト、重力波バーストによって生成されるガンマ線バースト、非常に遠い宇宙からのガンマ線バーストも観測できます。

インサイト-HXMT衛星は宇宙で最も強い磁場を測定した

画像出典: Insight-HxMT

Insight-HXMT衛星の打ち上げにより、我が国はこの方向に進むための足がかりを得ることができました。我が国が持つ能力は他国の衛星には備わっていません。もちろん、科学研究者たちはこれによって傲慢になったわけではなく、むしろもっと良い研究をしたいと望んだ。そのため、関連分野でのフォローアップも増えています。

たとえば、Enhanced X-ray Timing and Polarimetry (eXTP) などです。実際には2007年にすでに提案されており、約10年後に米国が同様のプロジェクトを提案しました。

eXTP 回路図

画像出典: Insight-HxMT

実際、科学的なアイデアは将来を見据えたものであり、それは当時それをサポートする既成の技術がなかったことを意味します。もしその技術が当時すでに存在していたなら、あなたのアイデアはそれほど先進的ではなかったということになります。したがって、この非常に先進的な科学的アイデアを実現するために、研究者は新しい技術を開発するためにかなりの時間を必要とします。

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では、なぜ未来を見据えた科学技術を開発する必要があるのでしょうか?開発しないことも可能でしょうか？答えはノーです。私たちは科学的信頼を築く必要があるため、将来を見据えた科学技術を開発しなければなりませんが、科学的信頼を築く唯一の方法は私たち自身で科学を行うことです。

しかし現実には、現在私たちが使用している科学的知識のほとんどすべてが外国人によって開発されたものであるため、私たちは科学的自信を欠いています。

他人から十分に尊敬されたいのであれば、十分な科学的成果、特に主要な科学的成果と基礎的な科学的成果を持っていなければならないという前提条件があり、研究の方向性や科学的問題さえも自分たちで提案するのが最善でしょう。

しかし、今では私たちはほとんどの時間を「宿題」に費やし、他人が提起した問題を解決しています。他人が先生で私たちが生徒であるのと同じように、どれだけよく学んでも、私たちは依然として生徒です。私たち自身が教師となり、あるいは「教師」の側に立つ日が来ること、そして十分な科学的自信を持てる日が来ることを楽しみにしています。

注：この記事の内容は、張双南先生へのインタビューに基づいて編集者がまとめたものです。

編集者：王婷婷