『三体』に出てくるレッドコースト基地の原型があるとすれば、この針葉樹林の中に隠されているかもしれない。

劉慈欣の『三体』に登場する謎の「紅海岸基地」を考えるとき、あなたはこのイメージを思い浮かべますか？

中国北東部の黒土の深い針葉樹林の中に、巨大なパラボラアンテナが立っています...

実は現実にもそのような場所は存在しますが、「紅海岸基地」のように高い山頂に建っているわけではありません。むしろ、紅海岸基地の説明に最も近いのは、実際に存在し稼働している望遠鏡、つまり中国西安衛星追跡管制センターのジャムス66メートル電波望遠鏡です。

図1 森林に囲まれたジャムス66メートル電波望遠鏡（写真：呂炳紅、西安衛星追跡管制センター）

佳木斯66メートル電波望遠鏡は、その名の通り、黒龍江省佳木斯市にある直径66メートルの電波望遠鏡です。しかし、多くの場合、人々はそれを深宇宙アンテナと呼んでいます。

「深宇宙アンテナ」はどこから来たのでしょうか?

月面探査プロジェクトに詳しい友人なら、「深宇宙探査」という言葉を聞いたことがあるかもしれません。しかし、月は深宇宙探査の前哨基地に過ぎません。将来的には火星やさらに遠い場所の探査も行う予定です。月や火星を探索する場合、探査機を制御し、探査機から送り返されるデータを受信する必要があり、これらすべてに「深宇宙アンテナ」の使用が必要です。

遠く離れた探査機と通信するためには、大きな声だけでなく、優れた敏感な耳も必要であると考えられます。ジャムス66メートル深宇宙アンテナは、アジア最大の完全可動式アンテナとして、「大きな声」と「良い耳」を兼ね備えています。しかし、この声や耳は音波を送受信するのではなく、電磁波を送受信します。ジャムス66メートル深宇宙アンテナは電磁波を利用して月探査機と良好に通信することができ、我が国の月探査プロジェクトの主要設備の一つです。

図2 佳木斯66メートル深宇宙アンテナと観測室（写真：呂炳紅、西安衛星追跡管制センター）

図3：観測室でスタッフが望遠鏡を操作している様子（写真：呂炳紅、西安衛星追跡管制センター）

それは「アンテナ」ですか、それとも「電波望遠鏡」ですか?

ジャムス市の66メートル深宇宙アンテナであれ、有名な貴州省の「スカイアイ」望遠鏡FASTであれ、それらはすべて総称して「アンテナ」と呼ばれるが、「感傷的な」天文学者は一般に、天体観測に使用されるアンテナを「望遠鏡」と呼ぶ。なお、アンテナが動作する電磁波の周波数帯は電波帯なので、具体的に言えば「電波望遠鏡」です。

携帯電話、人工衛星、深宇宙探査機などから発せられる人工信号は、通常、天文学者が観測したい天体からの信号よりもはるかに強力であるため、人工信号を受信するために一般的に使用されるアンテナには、非常に感度の高い「耳」は必要ありません。しかし、ジャムス66メートルアンテナは違います。そのターゲットはより遠くの星の海です。将来、より遠くに打ち上げられる深宇宙探査機と通信できるよう、ジャムス66メートルアンテナの信号受信能力は電波望遠鏡に匹敵し、天文観測を行う能力を備えている。実は天文観測も行っているんです。そのため、「ジャムス66メートル電波望遠鏡」とも呼ばれています。

私は気取った人間なので、これをジャムス66メートル電波望遠鏡と呼んでいます。

なお、一般的な天文観測では信号を受信するだけでよいため、ジャムスにあるものを除いて、国内の電波望遠鏡には信号を送信する機能がない。それで、どのコスプレレッドコーストベースが最高ですか?ジャムス66メートル電波望遠鏡は最良の選択です！

図4 星空の下の嘉木斯66メートル電波望遠鏡（写真：呂炳紅、西安衛星追跡管制センター）

パルサー—私たちをさらに遠くへ連れて行ってくれるかもしれない

ジャムス66メートル電波望遠鏡の主な天体観測対象は現在パルサーである。深宇宙ステーションだとおっしゃいましたが、なぜパルサーを観測するのですか?言うまでもなく、より遠くの星の海を征服したいのであれば、パルサーに頼らなければならないかもしれません。

以前のポピュラーサイエンス記事 (https://mp.weixin.qq.com/s/y5Y3uLPl4XRkd36nIyZaBg および https://mp.weixin.qq.com/s/udGn8VC45n3SQNVGCbueHw) では、パルサーは中性子星であり、回転しながらその放射線ビームが定期的に地球を横切ることを紹介しました。光線が絶えず周囲を照らしている灯台を想像してください。掃き清められる位置に立つと、定期的に光を感じることができます。パルサーは宇宙の灯台です。

図5 パルサーの模式図。上のパネルには、回転する中性子星 (紫色の球) とその 2 つの放射線ビーム (黄色のビーム) が表示されています。下部の赤い点は、対応する瞬間に見られる中性子星の明るさを示しています。黄色の曲線は中性子星が1回転する間の明るさの変化です。

(画像出典: http://www.ligo.org/science/Publication-S6VSR24KnownPulsar/)

もし探査機が太陽系を飛び出し、地球上のアンテナが通信できない遠い星間空間にまで行ってしまったら、地上から制御を失った探査機はどうやって目的地に無事到着できるのでしょうか？考えられる解決策の 1 つは、探査機がパルサーを利用して自律航行できるようにすることです。

パルサーをナビゲーションに使用する前に、まず地上の電波望遠鏡を使用してパルサーを詳細に観測し、どのパルサーがナビゲーションに適しているかを特定し、ナビゲーションに使用できるパルサーごとに「ファイル」を作成する必要があります。これらのファイルは、将来の恒星間探査機が恒星間旅行を行うために必要となる地図です。恒星間探査機はもはや地球上の人間によって制御されていないが、探査機は独自にパルサーを観測し、携行している「地図」に基づいて宇宙空間における自らの位置を決定することができる。

最近の科学研究の進展として、中国国家天文台の天文学者たちは佳木斯66メートル電波望遠鏡を使用して10個のパルサーを観測し、その「星間の瞬き」現象を分析した。

透明な水を通して太陽の光が水底まで差し込み、水面が揺らぐと水底の光と影も揺れて変化するこの光景を見たことがある人は多いのではないでしょうか。

同様に、パルサーから放射される電磁波は星間物質を通して地球に照射され、星間物質の変動により明るさも変化します。この現象を「星間シンチレーション」と呼びます。観測から、パルサーからのさまざまな周波数の電磁波の明るさが時間とともに変化することがわかります (図 7 を参照)。

図 7 ジャムス市 66 メートル電波望遠鏡で観測されたパルサー B0355+54 の星間シンチレーション (PFWang et al. 2018)。色はパルサー放射の明るさ、横軸は時間、縦軸は電磁波の周波数を表しています。

これらの変化するデータを詳細に処理することで、星間物質に関する情報を得られるだけでなく、パルサーの横方向の速度などの情報を推測することもできます。パルサーの運動情報は、恒星間航行の「地図」にも欠かせないものとなっている。

実在する「レッドコースト基地」は人類の宇宙への憧れを運ぶ

小説『三体』に出てくる紅海岸基地とは異なり、ジャムス66メートル電波望遠鏡は地球外文明との直接的なコンタクトを確立するために使用されるのではなく、人類の宇宙船がより深い宇宙へ飛行するのを支援することを目的としている。しかし、紅安基地と同様に、佳木斯66メートル電波望遠鏡も人類の宇宙への限りない憧れを担っています。

図8 ジャムス深宇宙ステーションのスタッフの集合写真

参考文献:

1. 佳木斯深宇宙ステーション、「鵲橋」中継衛星の月近傍減速ミッションを成功裏に完了 https://mp.weixin.qq.com/s/saOhD1ZK8XywQPqjh8GCkw

2.Xu、Dezhen、et al. 「中国の深宇宙ステーション、ジャムスとカシュガルでの初の測地VLBIセッション」宇宙研究の進歩58.9（2016）：1638-1647。

3. Wang,PF、他「ジャムスパルサー観測：II. 10 個のパルサーのシンチレーション」 arXiv プレプリント arXiv:1808.06406(2018)。