意外に！ここは地球上で星が最もはっきりと見える場所です

「地面に座ったまま、一日に8万マイルを旅し、空を見上げ、遠くに何千もの川を見ることができます。」

広大な星空は、常に人類の無限の想像力の源となってきました。天文学の進歩に伴い、天体観測技術も継続的に発展してきました。

2021年12月25日、ハッブル望遠鏡の後継機であるウェッブ望遠鏡が宇宙に打ち上げられました。 「前任者」の仕事を引き継ぎ、「宇宙の目」としての役割を今後も果たしていく。同時に、中国の宇宙望遠鏡プロジェクトも本格的に準備が進められている。中国はまた、深宇宙探査の発展をさらに促進するための調査用望遠鏡である独自の「ハッブル望遠鏡」を打ち上げる予定である。

実は、宇宙望遠鏡だけでなく、地上の天文台も人類が宇宙を理解するための重要な手段なのです。今日は、星空を観察するときに知っておくべきことを見てみましょう。

星空を見上げてきた人類の歴史

古代、人々が天体観測を行う際には、補助的な道具がなかったため、肉眼でしか観測できませんでした。その結果、我が国の琅牙台地や陶寺、メソポタミア地方の月神台地など、立地条件が良く視野の広い「展望台」が数多く出現した。

古代中国の天文台

1608年、オランダの光学技師ロバート・レーヴェンは、2つのレンズを重ねると遠くまで見ることができることを偶然発見し、人類史上初の望遠鏡を製作しました。

これにヒントを得て、ガリレオは1609年に凸レンズを対物レンズ、凹レンズを接眼レンズとする光学系を発明しました。これはガリレオ望遠鏡と呼ばれています。ガリレオはこの望遠鏡を使って数多くの天体観測成果を生み出し、月面に多数のクレーターを発見し、史上初の月のスケッチを描き、木星の4つの衛星を発見し、土星の「ハロー」を観測しました。このときから天文学は望遠鏡の時代に入ったのです。

技術の発展に伴い、望遠鏡のさまざまな欠陥は絶えず修正されており、望遠鏡自体も大規模化、巨大化の方向に発展しています。 1938年、人類は天の川の中心方向にある天体からの電波を捉え、天体観測のもう一つの重要な要素である電波望遠鏡が誕生しました。

電波望遠鏡は天体からの電波を観測し研究するために使用される基本的な装置です。よく知られている光学望遠鏡とは異なり、電波望遠鏡には光学レンズがありません。アンテナと受信システムで構成されています。アンテナは電波望遠鏡の目のようなもので、宇宙の微弱な電波信号を収集し、受信システムを通じて信号を増幅し、最終的に科学者が研究できるように有用な信号をノイズから分離するために使用されます。 500メートル口径球面電波望遠鏡（FAST）の完成は、我が国の電波天文学が世界の最先端に到達したことを意味します。

「星を見る」ための特別な場所がいくつかあります

上で述べた世界最大の「スカイアイ」を例に挙げましょう。 FASTは貴州省平塘県に建設されました。この場所を選んだ理由は、全国で何段階もの選考を経たからです。まず、工事現場内の岩盤構造、水文条件、長径と短径の比、掘削盛土比が適切であるかどうか。リングビームの閉鎖と幾何学的形状が基準を満たしているかどうか。全体的な地質災害、地震リスク、気象条件、無線環境はすべて、サイトの選択において考慮する必要がある領域です。

FAST は、岩石の浸透性が強く、地表水の下方への浸透と全体的な排水に適したカルスト地形に位置しています。また、この地域は人口密度が低く、高い山々に囲まれているため、周囲の電波の電磁波干渉を効果的に遮断することができます。これらの要件は、電波望遠鏡の設置場所を選択する際に総合的に考慮する必要がある側面でもあります。

2021年12月19日に撮影された「チャイナ・スカイ・アイ」のパノラマ画像

（メンテナンス中に撮影、ドローン撮影）撮影：新華社記者 欧東区

もちろん、設置場所の選択に関してこのような厳しい要件があるのは電波望遠鏡だけではありません。光学天文学基地の立地選定も非常に厳格です。

最初に考慮する必要があるのは気象要因です。雲の量は観測時間の長さに直接影響し、大気の吸収によって星の光も弱まります。さらに、大気の温度や密度の変動による屈折率の変化も画質に影響を与えます。したがって、天体観測を行う場所は、植物の蒸散によって発生する水蒸気が天体観測の質に影響を与えないように、乾燥していて雨が多く、大気が薄く、できれば草が生えていない場所である必要があります。

第二に、人工光源による光害が夜空を明るくし、空気中の煙や塵が大気の吸収を増加させ、無線送信機から放射される電波も電波観測に影響を与えます。したがって、人口密集地域での天体観測は避けるのが最善です。

専門的な天文台の設置場所の選択基準に関しては、大気の乱流とシーイングという2 つの概念を理解しておく必要があります。

大気の乱気流は、大気の不規則でランダムな動きです。乱流の各点における流速、圧力、温度などの物理的性質は常に変化しています。天文学では、大気の温度や密度のランダムな変動により屈折率場に乱流が発生する可能性があります。これらの変化は、光学画像システムの観察品質に重大な影響を及ぼす可能性があります。したがって、大気の乱れは天文学者にとって重要な指標であり、天文台の建設における重要な基礎作業です。

大気の乱流活動の強さは、望遠鏡で表示される画像の鮮明さに影響を与えます。天体観測の対象物が大気の乱れの影響でどの程度ぼやけてちらついて見えるかを表す物理量がシーイングです。シーイングレベルの低い場所では、高品質の天体画像を撮影しやすくなるだけでなく、天体観測のコストも効果的に削減されます。

したがって、我が国の天文台の設置場所を選定する際には、気象、晴天夜の割合、天文大気のシーイング、天空光の背景など、一連の検出指標を考慮する必要があります。例えば、わが国の有名な紫金山天文台は南京市玄武区紫金山に位置しており、雲量が比較的少なく、気温が低く、空気が薄くて新鮮なため、環境要因が観測結果に与える影響をある程度回避でき、観測ニーズを満たすことができます。青海省冷湖市の賽斯天山にある冷湖天文台は、「ユーラシア大陸全体で最も星空がきれいな天文台」として知られています。

世界的に有名なブラックホール写真の誕生も、上海の65メートル天馬望遠鏡と新疆ウイグル自治区の25メートル南山電波望遠鏡の共同観測によるものだった。

地球上で最も寒い場所で星空観察

探索のペースは止まりません！中国は2009年、場所を選ぶ際に大気の乱流と視界という2つの指標を十分に考慮し、南極ドームAエリアの崑崙基地を選定し建設した。南極のドームA地域の大気の乱れは主に地表近くの境界層にあり、その上の自由大気は非常に安定しているため、シーイングは良好です。

2020年に有名な国際学術誌「ネイチャー」第583巻に掲載された研究結果によると、崑崙基地がある南極のドームA地域の光学天文観測条件は、他の既知の地上地点よりも優れており、中国が南極の天文学研究をさらに進めるための科学的基礎を築いたという。

このようにして、中国の天文学者たちは地球上で最も寒い大陸で最も澄んだ星空を発見した。この成果は、人類の星空探査の歴史に間違いなく大きな足跡を残すことになるだろう。