NASAのジェイムズ・ウェッブ望遠鏡は宇宙の特別な地点に到達しようとしている

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が新たな拠点に近づいている。1月24日には、科学者がラグランジュ点2（L2）と呼ぶ宇宙の地点に到着する。

これは微妙な重力の転換点の専門用語です。JWST は、地球と太陽の重力が、はるかに強い太陽の重力と完全に釣り合う地点を目指しています。JWST の設計者は、望遠鏡をそこに漂わせる計画を立てました。そこなら、重力によって望遠鏡がずれることなく作動できるからです。

「JWSTをL2に保つ必要があることはわかっていました」と、JWSTのNASA惑星科学者ステファニー・ミラム氏は言う。

重力で結びついた物体の各ペア、たとえば太陽とその惑星、あるいは惑星とその衛星の 1 つには、5 つのラグランジュ点があります。たとえば、小惑星や宇宙船は、軌道から外れることなく、これらの 5 つの点のいずれかに留まることができます。

1765 年、数学者レオンハルト オイラーは重力方程式を解いて最初の 3 つの点を見つけました。この 3 つの点 (L1、L2、L3) は直線を形成します。地球と太陽を考えてみましょう。L1 は地球と太陽の間にあります。より正確に言うと、地球から約 93 万マイル (150 万キロメートル) 離れています。L2 は地球の裏側に隠れています。こちらも地球から約 93 万マイル離れており、太陽系の外縁部に面しています。

オイラーの数年後の 1772 年、オイラーの親しい友人の 1 人であるジョセフ ルイ ラグランジュという別の数学者が、これらの方程式を再度調べ、さらに 2 つの点が存在することに気づきました。L4 と L5 です。これらは地球の軌道上にあり、L4 は地球より少し前にあり、L5 は地球より同じだけ後ろにあります。

L4 と L5 は、他の小惑星よりも安定しており、ガス、塵、さらにはより大きな物体を引き込むことができます。天文学者は、太陽と地球の L4 と L5 で少なくとも 2 つの小惑星を発見しており、さらに探査中です。他の太陽系惑星ペアも、これらの地点で物体を捕獲しています。太陽と木星の L4 と L5 地点には、トロヤ群と呼ばれる小惑星のグループがあり、NASA の探査機ルーシーが訪れる予定です。

L3 は対応する点がない奇妙な点です。それを見つけるには、太陽の反対側、つまり私たちの軌道の反対側の点の近くまで行かなければなりません (ただし、地球の重力は太陽を微妙に引っ張るので、完全に反対側の点ではありません)。予想どおり、宇宙船が簡単にそこに到達するのは少々非現実的です。これまで知られている宇宙船は L3 を本拠地としたことがありません。

しかし、L1とL2は、地球から月までの距離の4倍未満なので、私たちにとってははるかに訪問しやすい。太陽に面したL1は、太陽や太陽風の粒子の流れを観測するために設計されたミッションにとって理想的な活動拠点、あるいは活動空間となっている。

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一方、L2 は地球の影の中にあります。この場所は、太陽系の外、そしてその先の広大な宇宙を覗き見る宇宙船にとって理想的な場所です。現在、この場所には、恒星までの距離を測定する ESA の Gaia と、X 線観測衛星 Spektr-RG があります。1 月 24 日には、JWST がこれに加わります。

数十年前、JWST の計画が始まった当初から、設計者と計画担当者は L2 が最適な場所であると決めていた。JWST は赤外線望遠鏡である。熱も赤外線なので、地球の軌道上にあり、常に太陽光に向かって回転しなければならないのは理想的ではない。地球の熱でさえ、この望遠鏡の極めて繊細な観測を台無しにしてしまう可能性がある。

「地球や月からの熱は、私たちが対処しなければならないものであり、私たちは宇宙全体の銀河や星からの最も微かな信号を検出しようとしているのです」とミラム氏は言う。

JWST を地球から遠く離れた L2 に配置することで、この問題を回避できます。また、地球の影にあるということは、ハッブル宇宙望遠鏡のようにチューブで包まれるのではなく、望遠鏡がサンシールドを使用できることを意味します。これが、JWST が巨大な鏡を使用できる理由の 1 つです。

ミラム氏によると、L2 にいることには他にも利点がある。たとえば、地球の軌道から外れているということは、他の宇宙船や、望遠鏡に激突して損傷を与える可能性のある宇宙ゴミのほとんどを避けることができるということだ。

しかし、問題もある。JWSTは地球から遠すぎるため、メンテナンスは簡単にはできない。これはハッブルとは対照的だ。ハッブルは地球の軌道上にあるため、有名な鏡の作業を含め、NASAが修理を行うことは容易だった。

JWST は L2 に固定されるのではなく、実際には L2 の周りを微調整された軌道で周回する。軌道も完全に安定しているわけではない。太陽の放射線が太陽光シールドを押し下げる力によって、JWST はゆっくりと所定の位置から外れる。ミラム氏によると、そこでは「ハッブルとは異なり、地球の重力に頼って宇宙船の運動量を制御することはできない」という。

したがって、JWST は定位置にとどまるために絶え間ない調整が必要になる。ミラム氏によると、そのために何が必要かを見極めることは、JWST のオペレーターが今後数か月間取り組むことになるという。月曜日に望遠鏡が定位置に到着すると、オペレーターはすべての機器が機能することを確認するためのチェックを開始する。その後、観測が始まる。

JWST が L2 の仲間の近くに定着すると、少なくとも数年間は静かになるかもしれない。

他にも6件以上のミッションがそこに向かう予定だ。例えば、ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡は、2020年代後半にそこに向かう予定だ。ESAの暗黒物質観測衛星ユークリッド、太陽系外惑星を観測するESAの2つの望遠鏡PLATOとARIEL、そして宇宙の最も初期の時代を覗こうとする日本のミッションLiteBIRDもそこに向かう予定だ。