なぜ南極に望遠鏡を建設するのでしょうか?

まずは「楽しい」動画をご覧ください。

（ビデオ提供：楊晨偉、中国極地研究センター）

私たちの仕事は南極に設置された望遠鏡をメンテナンスすることだったので、膝まで積もった雪の中を歩いて「仕事」に向かいました。

では、なぜ南極に望遠鏡を建設するのでしょうか?

「人間が近づけない極限」に迫る

人口がまばらな南極大陸は、地球上で最も南に位置する大陸です。氷床は南極大陸の大陸河川と海を帽子のように覆っており、南極の表面積の約 5% のみが露出しています。氷の厚さは平均2キロメートルで、最低気温は-100℃近くまで達します。厳しい自然環境にもかかわらず、南極大陸の内陸高原は地球上で星空観察に最適な場所であり、特に「人間が最もアクセスできない」内陸地点として知られる最も高いドームAは絶好の場所です（Ma et al. 2020 Nature）。

南極大陸と中国の南極研究基地の模式図

（画像提供：中国科学院南京天文光学技術研究所、李正陽）

ドーム A は標高 4,100 メートルに位置し、空気は薄く、年間平均気温は -56°C、極夜は最長 3 か月続き、晴天率は約 90% です。ドーム A では、まさにこのような寒さ、暗さ、乾燥、安定した気流といった自然条件のおかげで、地上での天体観測に最も鮮明な視界が得られます。 「準宇宙」の天文観測条件は、南極天文学の発展を支える貴重な資源です。 （ここは地球上で最も澄んだ星空です）

2009年、わが国は南極ドームAに国内初の内陸南極研究基地である崑崙基地を設立しました。崑崙基地を拠点として、中国科学院と中国極地研究センターの研究部門が協力し、人類史上初めて重力波の光学的な対応物の一つを検出した南極サーベイ望遠鏡（AST3-2）を含む数々の天文観測機器を開発してきました。

南極ドームAの崑崙基地の天文観測装置

（画像提供：中国科学院南京天文光学技術研究所、李正陽）

中山基地天文観測所は我が国の南極天文観測網を繋ぐ

南極は「宇宙・天文観測」に有利な場所です。南極天文学の発展と自主開発による一流の天文観測機器の構築は、我が国の天文学探査と深宇宙探査にとって極めて重要な意義を持っています。

中国極地研究センター、中国科学院国家天文台、中国科学院南京天文光学技術研究所は科学研究チーム（以下、極地イノベーションチーム）を結成した。我が国の南極研究基地を拠点として中山基地、台山基地、崑崙基地の天文観測リンクを構築し、南極の天文観測の体系的な発展を推進する予定です。

中山基地は南極大陸の端に位置し、南極の奥地への玄関口です。中山基地は年間を通じて有人スタッフが常駐する科学研究基地として、崑崙基地の天文機器の運用と保守のための強固で利用可能な拠点となるとともに、南極の天文機器の自主研究開発のための貴重な直接的なリアルタイム観測および試験データも提供します。中国の第32回南極科学探検隊の期間中、中山基地は初の天体光学望遠鏡「南極輝星探査望遠鏡（BSST）」を設置し、越冬観測実験を行った。

南極ブライトスターサーベイ望遠鏡が中山基地で星図を撮影

（写真提供：中国極地研究センター、江鵬）

中国の第38次南極科学探検隊の際、極地革新チームは南極の中山基地に初の天文観測プラットフォームを設立し、5本の管からなる小型望遠鏡アレイを設置した。これにより、4つの光学帯域と近赤外線帯域での天文観測を同時に行うことができる。この小型望遠鏡アレイは、Polar Innovation Team によって独自に開発されました。単管径は150mmで、広い視野で空を観測する能力を持っています。 5 本のチューブはすべてダイレクトドライブ赤道儀に取り付けられており、太陽系外惑星の時間領域天文観測や宇宙環境のモニタリングを行うことができます。

中山ステーション小型望遠鏡アレイ

（画像提供：中国科学院南京天文光学技術研究所、李正陽）

南極の望遠鏡は極低温でも「移動して撮影」できる

南極の優れた観測地にマッチするために、南極の天文光学機器は、移動する天体目標の高精度な追跡と測定を実現し、星の連続的な明るさや色の変化などの正確なデータを取得する必要があります。

中山ステーションの天文観測プラットフォームの小型望遠鏡アレイには、4 台の光学バンド望遠鏡 (単管口径 150 mm、視野直径 6°) と 1 台の近赤外線 0.9-1.7 ミクロン観測望遠鏡 (口径 200 mm、視野 7′×5.6′) が含まれています。 5 つのミラーチューブはダイレクトドライブ赤道儀に統合されており、秒角単位の指向性と秒角未満の追跡精度を備えています。望遠鏡の観測視野内に天体ターゲットを固定し、高精度の測光および色測定を行うことができます。

南極望遠鏡は、冬季オリンピックのアスリートの移動式射撃のようなものです。極寒（中山駅でマイナス45度）の気温や風、霜、雪などの厳しい条件の中で、5キロ離れた1元硬貨を安定して打ち抜く必要があるが、これは極めて難しい。

楊晨偉は冬季に定期的な観測任務を遂行する

（写真提供：中国極地研究センター、ジ・トゥオ）

南極の中山基地に滞在する科学者たちは、冬の間、屋内の遠隔操作望遠鏡を使って秩序ある観測と写真撮影を行っている。現在、望遠鏡は正常に動作しています。今後、大量の専門データが中国に送られ、後方の科学研究者によって体系的に分析されることになる。

中山駅の天文観測プラットフォームと望遠鏡アレイの写真

（写真提供：中国極地研究センター、ジ・トゥオ）

南極で宇宙の究極の疑問の答えを見つける

数千年前、屈原は空に尋ねました。「上と下の形をどうやって調べることができるでしょうか？」太陽と月はどこにあり、星はどのように配置されているのでしょうか?

数千年後、私たちは南極でその答えを探しています。

(ビデオソース: @李航_Antarctic)

我が国は、中国スター小型望遠鏡アレイ（CSTAR）、南極天体サーベイ望遠鏡（AST3）、南極輝星サーベイ望遠鏡（BSST）など一連の光学天文観測設備を南極に建設し、重力波光学対応物探索測光観測（Hu et al、Science Bulletin、2017、中国科学院紫山天文台）や太陽系外惑星候補の探索（Zhang et al、APJs、2019、南京大学）などの優れた科学的成果を達成してきました。

小型望遠鏡アレイが中山ステーションで星図を撮影

（写真提供：ヤン・チェンウェイ、中国極地研究センター）

現在、極地イノベーションチームは、主に大視野、小口径、中口径の調査望遠鏡を中心とした天文光学機器の第1陣を南極に配備しています。南天の極付近の天空域における太陽系外惑星の探索や、多波長測光や近赤外線帯域の観測実験を行う予定。太陽系外惑星の探索と測光観測を通じて、宇宙に地球のような惑星が存在するかどうか、人類は孤独であるかどうかなどの科学的な疑問に答えることができます (Liu et al、AJ 2018)。

参考文献:

[1] Ma、B.、Shang、Z.、Hu、Y. 他。南極のドームAにおける夜間の天体観測。ネイチャー583、771–774（2020）。

[2] Hu L. et al.南極ドームAのAST3-2によるLIGO源GW 170817の光学観測。サイエンス速報62、1433-1438（2017）。

[3] 張 H. 他南極の空にある太陽系外惑星。 I. AST3-II (CHESPA) の最初のデータリリースと、TESS の南部 CVZ 内で新たに発見された変数。天体物理学ジャーナル補足シリーズ 240:16 (32 ページ) (2019)

[4] 劉HG.他南極における地球質量の太陽系外惑星プロキシマ・ケンタウリbの太陽面通過の探索。天文学ジャーナル 155:11(10pp) (2018)

著者所属：中国科学院南京天文光学技術研究所

出典および著者: 科学研究所、李正陽

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