ウェッブ望遠鏡の利点は何ですか?近い将来のミッションが決まりました。衝撃的な発見はあるでしょうか？

数十年にわたって注目を集めてきたハッブル宇宙望遠鏡（以下、「ハッブル」）は最近無視されるようになり、宇宙望遠鏡の「新参者」であるウェッブ望遠鏡（以下、「ウェッブ」）に人々の注目が移っています。ハッブル望遠鏡が古くなって魅力を失って、人類の宇宙探査に対するその並外れた貢献を忘れ去ることは許されない。

では、「ハッブル」と「ウェッブ」の違いは何なのか、そして注目の「ウェッブ」の強みは何なのか。

簡単に言えば、2 つの望遠鏡の違いは次の 3 つの点に集中しています。

まず、観察の仕方が違います。ハッブルは主に、波長200ナノメートルから2.4ミクロンの可視光線と紫外線を観測に使用します。一方、ウェッブは主に赤外線帯域の600ナノメートルから28ミクロンの波長で観測します。赤外線は目に見えない光であり、雲や霧を透過する能力が強く、より遠く、より鮮明な画像を観察することができます。

第二に、主鏡の開口部の大きさが異なります。ウェッブの主鏡の口径は6.5メートルで、ハッブルの2.7倍です。ウェッブの集光能力はハッブルの6倍以上です。そのため、ウェッブはハッブルよりも暗く遠くにある天体を見ることができます。ハッブル望遠鏡は30等級の天体を見ることができ、最も遠いところでは134億光年離れている。理論上、ウェッブ望遠鏡は138億光年先まで見通すことができ、これはハッブル望遠鏡よりも4億光年遠く、ビッグバンの始まりの初期の宇宙を見ることができる。

繰り返しますが、トラックの高さは異なります。ハッブルは地球からわずか575キロ離れた低軌道にあり、一方ウェッブは地球から150万キロ離れたL2ラグランジュ点に位置している。したがって、1 つは地球を周回する地球衛星であり、もう 1 つは太陽を周回する太陽衛星です。それらは全く異なるレベルにあります。 「ウェーバー」は「ハッブル」に比べ、地球や他の天体から遠く離れており、大気の乱れによる干渉がなく、静かな環境にあります。

もちろん、「ウェッブ」は「ハッブル」ほど優れていません。遠すぎて維持できないので、一度に成功しなければなりません。そうしないと、これまでの努力がすべて無駄になります。ハッブル望遠鏡は宇宙に打ち上げられるとすぐに問題が発生しました。低軌道にあるため、スペースシャトルや宇宙飛行士が何度もメンテナンスに送られており、そうでなければ現在の成果を達成することは不可能だったでしょう。

コストの面では、ウェッブの打ち上げには100億ドルかかり、これはハッブルの長年にわたる製造、運用、保守の総コストの5倍に相当します。 「Webb」は絶対確実であると保証されていたため、修正のために発売が何度も延期されました。設計と建設には25年かかりました。 「ハッブル」の耐用年数は22年に達しているが、「ウェッブ」の計画耐用年数はわずか10年である。

ウェッブ望遠鏡はすでに何を観測したのでしょうか?

全体的に、ウェッブ望遠鏡はデバッグされたばかりです。赤外線帯域は遠方の天体を観測するために使用されるため、非常に厳しい環境条件が必要になります。周囲に熱放射があってはならず、望遠鏡自体の周囲温度を絶対零度近くまで下げる必要があります。

絶対零度は一般に 0 K と呼ばれ、摂氏では -273.15℃ と表されます。絶対零度以上の温度を持つ物体は、すべて赤外線を放射します。そのため、「ウェッブ」は地球から遠く離れた、熱放射干渉が全くないか、あるいはほとんどない空間で動作する必要があり、望遠鏡自体は独自の液体ヘリウムで冷却される必要がある。

「Webb」には、太陽光の放射を遮るために、開くとテニスコートほどの大きさになる巨大なパラソルが装備されています。 「ウェッブ」主鏡と重要な機器はパラソルの影に隠れ、いつも冷たい闇の中で宇宙を覗いています。ウェッブの主鏡の温度はマイナス223度以下に下げる必要があり、近赤外線装置の温度はマイナス233度以下に下げる必要があり、中赤外線装置の温度はマイナス266度以下に冷却する必要がある。

打ち上げ時には、巨大な望遠鏡を狭いロケットの頭部に収めるために、望遠鏡全体の主鏡とパラソルを折りたたんでおき、目的地に到達する直前にゆっくりと開く必要があります。開封後はレンズの焦点距離を再調整する必要があり、ある程度の時間がかかります。

「ウェッブ」は午後１時１５分にフランスの基地から打ち上げられた。 2021年12月25日現地時間午後11時30分頃、予定通りL2ラグランジュ地点に到達し、メインミラーとサンバイザーを開いて最初の写真を撮影した。 NASAが2月12日にこの写真を公開したとき、多くの人はがっかりした。

この写真にはぼやけた星が 18 個あります。 NASAは、これはウェッブ氏が25時間かけて撮影した1,500枚以上の写真を合成したものであると主張している。これは、HD 84406 という星の写真です。これは、「Webb」主鏡の 18 個の六角形の小さな鏡がさまざまな角度から撮影した画像です。これらの 18 個の小さな鏡は展開されたばかりで、まだ焦点が合っていないため、それぞれが独立して機能します。

これはフォーカスパラメータを取得するために撮影されたテスト写真であることがわかりました。これら 18 個の小さなレンズは独立して作用するため、当然、乱視が発生します。調整後、18 個の小さな鏡からの星の光が 1 点に集中すると、エキサイティングな光景が生まれました。明るく澄んだ星が現れ、「Weber」が無事に持ち場に到着し、すべてが正常であることを示しました。

その後数か月にわたり、「Weber」は微調整されました。 3月16日、ウェッブ科学チームは2MASS J17554042+6551277という明るい星の別の写真を公開した。この写真はもはや合成写真ではなく、すべてのレンズが連携して撮影した星の単一画像です。科学者らによると、これは宇宙から撮影された史上最高解像度の赤外線画像だという。

2022年5月2日、NASAはウェッブが4月28日に校正を完了したと発表した。包括的なレビューの後、ウェッブの4つの科学機器は鮮明で焦点の合った画像を撮影することができた。これは「ウェーバー」が正式運用期間に入り、その実力を発揮し始めたことを象徴しています。

ウェーバーは今何を見るのでしょうか?

ハッブルは129億光年以内の星と134億光年以内の銀河を「観測」した。ウェッブはそれを超えることができるだろうか？

NASAは以前から、ウェッブ望遠鏡は人々にさらに大きな驚きをもたらし、ハッブル望遠鏡のビジョンをさらに4億光年前進させるだろうと主張してきた。つまり、ハッブル望遠鏡は134億光年離れた銀河を観測できる能力を持っているので、138億光年離れた天体も観測できることになる。

ビッグバンが138億年前に起こったことはわかっています。 138 億光年の距離まで見渡すことができれば、ビッグバンからの最初の光線を見ることができるのです。ビッグバン理論は今のところまだ仮説の段階です。 138億光年離れたところでビッグバンからの最初の光線が見られれば、この科学的仮説は検証されるでしょう。それはなんと衝撃的な科学的偉業でしょう。

それ以降、宇宙の発展と進化の歴史はますます明らかになり、宇宙はどこから来たのか、どこへ向かっているのか、そして未来はどうなるのかという疑問が解決されるでしょう。それはまた、人類が何千年も悩まされてきた疑問、つまり、人類はどこから来たのか、どこへ向かっているのか、そして将来の目的地は何かという疑問も解決するでしょう。

しかし、科学者たちは「遠視」の謎を解明しようと急いでいるわけではなく、むしろ「近視」の問題を解決したいと考えているようです。わずか2日前、NASAはウェッブによる2つの惑星の観測を緊急ミッションとして発表した。これらは、高温の「スーパーアース」と呼ばれる典型的な太陽系外惑星（太陽系外惑星、以下同様）である。

そのうちの1つはLHS 3844 b、もう1つは55 Cancri eと呼ばれ、それぞれ地球から49光年と41光年離れています。どちらの惑星も岩石惑星ですが、主星に非常に近いため、非常に高温です。

科学的な探究と研究によれば、生命と文明は一般的に惑星上でのみ発生すると考えられています。太陽系では、地球以外の惑星、衛星、準惑星には生命は発見されておらず、文明の痕跡も見つかっていない。そのため、科学者たちは前世紀初頭から太陽系外の惑星を探し始めました。

現在までに、科学界はさまざまな望遠鏡を通じて 5,000 個の太陽系外惑星を発見しています。これらの太陽系外惑星のうち最も近いものは地球からわずか 4.22 光年しか離れておらず、最も遠いものは数万光年離れています。

しかし、人類の現在の観測方法では、最も先進的な望遠鏡でさえ、太陽系外惑星はおろか、太陽系外の恒星をはっきりと見ることはできない。わずか4.22光年離れたプロキシマ・ケンタウリも例外ではありません。これは、それらが私たちから遠すぎて、網膜上で最小解像度の角度を形成できないためです。望遠鏡がどんなに大きくても、私たちが見ることができるのは光の点だけです。

惑星はさらに見にくく、そのほとんどは掩蔽法や視線速度法によって発見されます。いわゆる掩蔽法とは、惑星が私たちと恒星の間に挟まれると、恒星の光が少し遮られるというものです。機器を通して恒星の光の変化を分析することで、その中心に惑星があるかどうかを判断できます。そして、惑星と恒星の相互作用によって引き起こされる重力の摂動に基づいて、惑星と恒星の距離と質量を計算することができます。

そのため、ウェーバーに対する人々の期待は大きい。

太陽系外惑星は基本的に光学望遠鏡では見えないため、ウェッブ氏は赤外線観測を利用しています。温度のある物体はどれも赤外線を放射します。このようにして、ウェッブは光学望遠鏡では見えない惑星を「見る」ことができるのです。そのため、ウェッブが太陽系外惑星、それも非常に近い惑星の謎の一部を解明するのに役立つのではないかと人々は期待している。これを私は「近視眼的な」目標と呼んでいます。

LHS 3844 は光度の低い赤色矮星です。この赤色矮星を周回する惑星 LHS 3844 b は、直径が地球の約 1.3 倍で、主星からわずか 90 万キロメートルほどしか離れていません。しかし、赤色矮星の温度が低いため、惑星に放射されるエネルギーは岩石を溶かすのに十分ではありません。表面温度はわずか525度程度で、金星の表面温度よりわずかに高い程度です。

LHS 3844 b は比較的速い速度で恒星の周りを公転しており、1 周するのに 11 時間かかります。 「Webb」が解決したい問題は、搭載されている中赤外線装置MIRIを使用して、中赤外線スペクトル分析を通じて惑星のさまざまな岩石組成を取得し、それによって表面の組成と大気の有無を判断することです。

かに座55番星eは、地球の8.63倍の質量を持つ岩石惑星です。恒星からの距離はわずか230万キロメートルで、公転周期は18時間です。その主星は太陽のような星です。もちろん、太陽は赤色矮星よりもはるかに高温なので、惑星は非常に高温で、日中の表面温度は摂氏2400度に達します。溶岩の温度はわずか900〜1200℃、鉄の融点はわずか1535℃なので、この惑星の太陽に面した側は溶融状態にあるしかありません。

いくつかの研究では、この惑星は恒星に潮汐固定されている、つまり常に恒星を向いているため、惑星の片側は常に熱く溶けているのに対し、恒星から離れた側は常に冷たいと考えられています。他の研究では、この惑星には酸素や窒素で構成された厚い大気がある可能性があると考えられています。

しかし、これらは確認できず、議論の余地があります。光学望遠鏡ではこれらを解像することはできないが、ウェッブの赤外線分光分析はこれらの謎を解明する可能性を秘めている。これら 2 つの惑星を研究することは、初期の地球がどのようなものであったかを理解するのに大いに役立つかもしれません。

ウェッブのその後のミッションに関しては、太陽系外惑星の探査だけでしばらくは忙しくなると思います。発見されている5,000個以上の太陽系外惑星の中には、生命居住可能領域内にある地球に似た惑星が数多く存在する。これらの惑星は、地球の従兄弟、地球の兄弟、地球 2.0 などとよく言われます。一部の研究では、一部の惑星には液体の水と大気があり、生命が存在する可能性があると考えられています。

しかし、光学望遠鏡では見ることができないので、推測することしかできません。これまでも広域赤外線サーベイ望遠鏡（WISE）やスピッツァー望遠鏡（SST）など、赤外線帯域を観測に利用する望遠鏡は存在したが、それらは「ウェッブ」に比べると矮小化されており、あまりにも未熟である。主鏡の直径だけで言えば、「ワイドフィールド」はわずか40cm、「スピッツァー」は85cm、「ウェーバー」は6.5メートルです。したがって、得られる認識度と明瞭度はまったく異なります (上の図を参照)。

これが「Weber」の大きな価値です。人々は「ウェーバー」が将来宇宙の起源を見ることができるようになることを期待しているだけでなく、地球外生命体や文明を発見することも望んでいます。もしこれが達成できれば、人類の科学的発見における大きな進歩となり、世界に衝撃を与えることになるだろう。

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