「空飛ぶ巨人の目」、中国製！

原題：今年打ち上げ予定、中国製「空飛ぶ巨人の目」が天宮宇宙ステーションと同じ軌道を独立飛行！

多くの国際主流メディアが2023年に世界の科学技術のホットスポットとなる可能性のあるものを予測しており、その中には中国宇宙ステーションプロジェクト調査望遠鏡（「中国調査宇宙望遠鏡」、略して「CSST」）も含まれている。彼らは、この宇宙飛行が、米国の新型ロケットの打ち上げや小惑星採掘ミッションの開始とともに、人類の宇宙探査や利用における新たな年間の節目となると信じている。

中国の最新版宇宙白書によると、天宮宇宙ステーションの建設が完了後、中国は適時にCSSTの打ち上げと展開を開始し、より広範な天文調査を実施する予定だ。中国有人宇宙工程弁公室はかつて、わが国初の大型宇宙望遠鏡を2023年に打ち上げ、広域の天空調査観測を実施し、宇宙構造の形成と進化、暗黒物質と暗黒エネルギー、太陽系外惑星と太陽系天体に関する最先端の科学研究を行う予定であると対外的に発表した。

宇宙光学観測分野の新星

天体望遠鏡といえば、まず多くの人が「中国天眼」、つまり貴州省平塘市にある口径500メートル球面望遠鏡（FAST）を思い浮かべるだろう。 FASTは近年我が国で構築された主要な科学技術インフラとして、その大規模さ、優れた探査能力、そして実り多い初期検出結果により、国内外で大きな人気を博し、よく知られています。 CSSTはFASTに比べると現時点では知名度は低いが、業界関係者にとっては光学望遠鏡を使った天体観測の分野では注目の的だ。

人気レベルの違いに加えて、もちろん FAST と CSST の間には多くの違いがあります。最も基本的な違いは、これらが異なるタイプの天体望遠鏡に属していることです。

FASTは天体から放射される電波を受信する電波望遠鏡で、巨大な球面鏡は電波を受信するためのアンテナです。微弱な宇宙電波信号を収集し、増幅のために受信システムに送信します。受信システムは、有用な信号をノイズから分離し、記録のためにバックエンド コンピューターに送信します。コンピュータによって記録された結果は、天文学者が研究および分析するための多くの曲線として表示され、それによってさまざまな宇宙情報が得られます。電波は宇宙を透過できるため、電波望遠鏡は光や気候の影響を受けにくく、24時間中断なく稼働することができます。

CSST は、近紫外線から可視波長までの光を捉える光学望遠鏡です。望遠鏡を構成する大口径・長焦点距離の対物レンズと小口径・短焦点距離の接眼レンズにより、遠くの対象物を近接して観察することができます。このようにして、人々は光学望遠鏡を通して非常に遠くの天体を観測することができます。地球の厚い大気、電離層、オゾン層、地磁気などの要因の複合的な影響により、地上の光学望遠鏡の観測能力には限界があります。航空宇宙技術の進歩により、上記のような要因の影響を排除した宇宙光学望遠鏡が誕生しました。これらは、それぞれ1990年4月と2021年12月に打ち上げられたハッブル宇宙望遠鏡とウェッブ宇宙望遠鏡です。中国の宇宙望遠鏡はこれに続き、人類の新たな「巨大な空飛ぶ目」となるだろう。

2つの部分に分かれており、5つの主要機器があります

CSST は非常に大型の宇宙船になります。その具体的な大きさについて、中国宇宙ステーション計画調査望遠鏡共同科学研究センター所長で、国家天文台副所長の劉継鋒氏は「立ち上がると3階建ての高さになり、直径は2メートルの大型バスほどの大きさ」と表現したことがある。これまでに公開された情報によると、調査宇宙望遠鏡の全長は約14メートル、最大直径は約4.5メートル、打ち上げ質量は約16トン。

CSSTの調査光学施設の責任者で中国科学院国立天文台の研究員であるZhan Hu氏は、CSSTは主に「プラットフォームセクション」と「光学施設セクション」の2つの部分に分かれていると紹介した。前者は実際には CSST の「リソース キャビン」であり、宇宙飛行に必要な電力を供給する役割を担っています。後者は CSST の主なペイロードであり、調査モジュール、テラヘルツ モジュール、マルチ チャネル イメージャー、積分視野分光計、太陽系外惑星イメージング コロナグラフの 5 つの観測機器が含まれています。

CSSTの主な任務は、その名前が示すように、「スカイサーベイ観測」、つまり天体の調査を行うことです。何千もの銀河を鮮明かつ精細に観測し、宇宙のパノラマ高精細画像を提供します。したがって、この望遠鏡の観測時間の大部分は天空調査モジュールが占めます。ジャン・フー氏によれば、「天体調査観測」はCSSTの運用時間の約70％を占めるという。

中国科学院国立天文台の研究員、李然氏によると、「天空サーベイ観測」の画質を確保し、広い視野からの情報を受信できるようにするため、CSSTサーベイモジュールには総ピクセル数25億の検出器が30個搭載されているという。 18 個の検出器には異なるフィルターが装備されており、さまざまな帯域で天体の画像を取得し、宇宙の色鮮やかな様子を残すことができます。残りの12個の検出器はシームレスなスペクトル観測に使用され、1回の露出で少なくとも1,000個の天体のスペクトル情報を取得できます。調査サイクル全体を通じて、調査モジュールは全天領域の 40% をカバーし、約 20 億個の銀河の高品質データを蓄積します。

占虎氏と李然氏は、CSSTの超強力な「天空探査観測」能力を紹介するとともに、その微細観測能力も非常に強力であると強調した。この望遠鏡には、テラヘルツモジュール、マルチチャンネルイメージャー、積分視野分光計、太陽系外惑星イメージングコロナグラフなど、精密測定モジュールが搭載されています。それぞれの特性を生かして、太陽系外惑星の探査、銀河中心核領域の空間分解スペクトル観測、近隣銀河の中性炭素の研究、宇宙の超深宇宙観測など、多くの特殊な科学観測を実施します。

天体観測に適しており、メンテナンスやアップグレードも容易

宇宙光学望遠鏡として、ハッブル望遠鏡と比較したCSSTの特徴は何ですか？

これに対して、Zhan Hu 氏は、CSST は天体調査に適していると回答しました。天体観測カメラのレンズ口径は2メートルで、ハッブル望遠鏡の約2.4メートルよりわずかに小さい。しかし、その視野はハッブル望遠鏡の約300倍であり、大規模な宇宙観測を比較的迅速に完了することができます。李然は、山に羊の群れがいるようなものだと鮮明な例え話をした。ハッブル望遠鏡は羊一匹を見ることができますが、CSST は何万匹もの羊の写真を撮ることができ、それぞれの鮮明さはハッブル望遠鏡で見たものと同じです。

CSST の天体観測に関する専門知識は「生まれつき」のものであると言えます。我が国の有人宇宙ステーションの主力プロジェクトである CSST は、現在までに我が国最大の宇宙天文学インフラです。プロジェクト設計当初は、広い視野、高画質、広帯域を目指しました。この点について、李然氏はハッブル望遠鏡は人類の宇宙望遠鏡の先駆者であり、実りある科学研究成果を達成してきたと説明した。 CSST は、これまでとは異なる革新的な設計を採用することによってのみ、宇宙天文学の発展をさらに促進し、人類の理解の限界をさらに広げることができます。革新的な設計オプションは 2 つあります。1 つは、より深く観察して暗い天体に関する情報を取得するために、より大きな口径の宇宙望遠鏡を構築することです。もう1つは、より広い範囲の天空を観測し、より効率的に天空調査を実施し、より体系的に宇宙を研究できる宇宙望遠鏡を建造することです。関連する実際の状況に基づき、中国の関係者は CSST に対して 2 番目のアプローチを選択しました。

CSST のもう一つの注目すべき特徴は、宇宙ステーションを補完することです。両者の密接な関係は、CSST の中国語の正式名称「中国宇宙ステーション調査望遠鏡」からもわかります。具体的には、CSST は天宮宇宙ステーションを宇宙の母港として使用します。通常の観測時には宇宙ステーションから離れて、同じ軌道上を独立して飛行します。補給やメンテナンス、アップグレードが必要な場合は、積極的に天宮と合流してドッキングし、宇宙母港に停泊します。これにより、10年の寿命内での正常な動作が保証され、故障が発生して約3年間修理できなかったハッブル宇宙望遠鏡のような状況を効果的に回避できるだけでなく、軌道上での寿命が延び、「サービス」の延長も実現します。

継続的な調整と改善には10年以上かかりました

CSST は、中国の科学者、特に光学と天文学の専門家、航空宇宙科学技術分野の従事者による長期にわたる協力の成果です。占虎氏は、2009年12月に中国有人宇宙工学宇宙応用システム本部が一連のセミナーを開催し、微小重力科学、天文学、生命科学、地球科学などの分野における宇宙ステーションの科学的目標と研究方向について議論し、CSSTプロジェクトを開始したことを紹介した。 2013年11月にCSSTが正式に開始されました。

チャン・フー氏は、プロジェクト設立時の計画ではCSSTが宇宙ステーションの実験室に直接接続されていたが、これがいくつかの問題をもたらしたと特に指摘した。たとえば、宇宙ステーションアセンブリの姿勢の変化や構造の変形、さまざまな振動源によって引き起こされる外乱により、凝視観測の画像品質が著しく低下します。例えば、宇宙ステーションの周囲の環境汚染や粒子状物質、宇宙ステーションがほぼ地球を向いている姿勢やその構造上観測方向に制限があること、さらにはキャビンや太陽電池パネルなどのさまざまな表面から発生する迷光など、いずれも天体観測には適さない。これを踏まえ、2015年にCSSTが宇宙ステーションと同じ軌道上を単独で飛行する計画に調整され、承認されました。選定の結果、CSSTが装備するスカイサーベイモジュールとテラヘルツモジュールを含む5つの機器が決定されました。 2022年4月、CSSTプロトタイプの開発は重要な時期に入りました。その年の終わりには、最初のサンプル識別部品が開発され、完成しました。中国科学院長春光学精密機械物理研究所の調査光学施設主任設計者で研究員の徐樹燕氏によると、望遠鏡のサブシステム、部品、ユニットの統合とテストが完了した後、プロトタイプと飛行部品の開発に移り、その後、調査プラットフォームとの共同テストを実施し、発射場でのテストを実施し、最終的に適切な時期に打ち上げる予定だという。

CSSTの開発などが急ピッチで進む中、観測データの処理に向けた準備もすでに始まっている。 Li Ran 氏によると、CSST はサイクル全体で 50PB の科学データ製品を生成するとのことです。関係部門は天文学者、データ専門家、コンピューター専門家で構成されたチームを設立し、CSST科学データ処理システムを開発し、全国および世界中の天文学者が使用できる天文画像と星表を作成し、さらなる研究を進めています。

世界の天文学の発展に重要な貢献をすることが期待される

CSSTはまだ打ち上げられていないが、国際社会に開かれた先進的な宇宙観測所を建設するというその取り組みは、人類が世界を理解するための新たな可能性を提供することになり、世界中の科学者、特に天文学者や物理学者の注目を集めている。

CSST 科学研究共同センターのウェブサイトでは、宇宙論、銀河と活動銀河核、天の川と近隣銀河、恒星科学、太陽系外惑星と太陽系天体など、CSST が目指す 7 つの主要な科学目標を見ることができます。それぞれが現代科学の最前線を指し示しています。例えば、CSST の大規模天体サーベイと超深宇宙観測によって提供される豊富な観測データを使用して、宇宙の加速膨張、暗黒エネルギー、暗黒物質、銀河の形態構造とその進化、活動銀河、超大質量ブラックホールなどを研究しています。

李然氏は、CSSTは人類が宇宙の物質構成、構造、進化に関する基本的な疑問を探求し、答えを出すのに役立つと期待されていると述べた。チャン・フー氏は、天文学的検出能力の向上が人類の宇宙に対する理解を促進したと指摘した。観測の深さ、幅、帯域、測光精度などにおけるあらゆる進歩は、大きな発見をもたらし、天文学や物理学における革命的な発展のきっかけとなるでしょう。 CSST は全体的に優れたパフォーマンスを示し、いくつかの指標において以前のプロジェクトを大幅に上回っています。同時期の天体観測プロジェクトの中でも最高の画質を誇り、近紫外線帯域での観測能力は他に類を見ないものです。李然氏は、CSSTは宇宙の加速膨張のメカニズムの研究において画期的な成果を達成することが期待されるだけでなく、より広い発見の場を切り開き、世界の天文学の発展に重要な貢献をするだろうと自信を示した。 （記者 張宝樹）

出典：人民日報海外版