ハッブル宇宙望遠鏡はちょうど30周年を迎え、これまで以上に優れた性能を発揮している

1990 年 4 月 24 日、スペース シャトル ディスカバリー号は、天文学を宇宙望遠鏡以前の時代とそれ以降の時代という 2 つの時代に永遠に分けることになる機器を搭載してフロリダから打ち上げられました。

ハッブル宇宙望遠鏡は、地球のぼんやりとした大気圏の上空から、30年にわたって暗闇をのぞき込み、巨大な鏡に届くあらゆる迷光ビームを無差別に収集してきた。世界初で最もよく知られている宇宙望遠鏡は、近隣の衛星から遠く離れた惑星、爆発する星、はるか遠くの銀河まで、あらゆるものの画像を撮影し、140万枚を超える膨大な観測画像ギャラリーを生み出してきた。現在、NASAはハッブル宇宙望遠鏡の打ち上げ30周年を、さらに1枚の写真で祝っている。そして、それはすごいものだ。

この画像は、今年初めに天文台の節目を記念して撮影されたもので、大マゼラン雲で渦巻くガスから星が作られる様子をとらえている。大マゼラン雲は、南半球の空に見える、私たちの太陽の周りを回る小さな銀河だ。中央の輝く若い星々は、それぞれ太陽の10倍の重さがあり、青い雲（色はガスの種類を示す）は、ある星から放出された残骸を表している。

「これは、宇宙の美しさと、現在も続く活動を思い出させてくれる」と、NASAの天体物理学者でハッブル宇宙望遠鏡の上級プロジェクト科学者であるジェニファー・ワイズマン氏は言う。

ハッブル望遠鏡がその鋭い目で天文学をどれほど大きく変えたかは、いくら強調してもし過ぎることはないし、言葉で表現することさえ難しい。地球の大気によるぼやけの影響がないこの望遠鏡は、ワシントン DC から東京のホタルの群れを見つけたり、1 マイル離れたところから人間の髪の毛一本を観察するのと同等のことができる。地上の望遠鏡では、その 10 分の 1 の精度にも達するのに苦労する。

そして、この望遠鏡はその視野を利用して、遠くから近い宇宙まで観測してきた。天文学者たちはハッブル望遠鏡を使って、エウロパの水の噴出の可能性を発見したり、木星のオーロラの動画を撮影したり、他の恒星の周りを回る太陽系外惑星の写真を撮ったり、ブラックホールの周りを渦巻く星やガスを観察したり、宇宙の膨張を計測したりしてきた。「ハッブル望遠鏡は、あらゆる分野で教科書を書き換えました」とNASAの科学探査局長マーク・クランプン氏は言う。

特に、この天才天文台がそのキャリアを不名誉な失敗からスタートさせたことを考慮すると、これは注目すべき遺産です。

宇宙船の心臓部には、約8フィートの鏡があり、熟練の技で非常に滑らかに研磨されている。しかし、悲しいことに、その形は間違っていた。製造中、エンジニアは2つの異なるツール、古い手動機器と新しいレーザーベースの装置でその曲率を測定した。最初のツールは鏡に欠陥があることを示し、2番目のツールは鏡が正しい形状であることを示唆したが、チームはその不一致を調査する代わりに、ハイテクな道具を信じることにした。「予算を超過し、スケジュールが遅れ、人々に怒られている場合、自分の好きな答えを自分に言い聞かせたいという誘惑にかられます」と、宇宙飛行士のキャサリン・サリバンは2019年12月3日にニューヨーク市のシンフォニースペース舞台芸術センターで行った講演で述べた。

1 ミリの「球面収差」と呼ばれるようになった欠陥は、人間の目には見えないが、ハッブルの視界を台無しにした。NASA は、数十年にわたる計画と打ち上げ時の 47 億ドルの成果である、ピカピカの新しい宇宙望遠鏡が、中心は鮮明だがハローがぼやけた画像を返すと、すぐに問題があることに気づいた。天文学者たちは、データを修正し、悪い状況を最善に利用するための手法を見つけるために数学の教科書をひも解いたが、その一方で、このミッションは全国的な笑いものとなった。若きジェイ・レノは、深夜番組で、政府はハッブルを「撃ち落として」、その「苦しみから解放して」あげるべきだと冗談を言ったことがある。

しかしNASAには別の考えがあった。ミッション計画者は望遠鏡の設計をスペースシャトル計画と組み合わせ、宇宙飛行士が機械を修理できるようにした。3年間の奮闘の末、エンジニアたちは最初の鏡の収差を眼鏡のように補正できる2つ目の鏡を設計し、宇宙飛行士のチーム（サリバンを含む）がそれを取り付けた。宇宙飛行士たちは新しい赤外線カメラも取り付け、5回のミッションにわたってハッブルのコンポーネントをアップグレードするという伝統が始まった。「彼らが訪れるたびに、新しい観測所ができたのです」とワイズマンは言う。

そのため、ハッブル望遠鏡は老朽化が進むにつれて、多くの部品が改良されてきた。クランプン氏によると、ミラー、サポート、多くの電子ボックスはオリジナルのままだが、太陽電池パネル、バッテリー、計器、リアクションホイール（指向用）、コンピューターはすべてアップグレードされており、一部は2009年という最近のものとなっている。スペースシャトル計画はその後終了したため、ハッブル望遠鏡は今や人間の手の届かないところを飛んでいる。しかし、もしこの望遠鏡が何らかの方法で地球に帰還できたとしても、重量は打ち上げ時よりも3,000ポンド増えていることになる。

天文学界は、こうしたハードウェアを有効活用している。ハッブル望遠鏡は毎週約19ギガバイトのデータを送っている。これは、HD Netflix を6時間連続で視聴するのに相当する。ハッブル望遠鏡からのデータから1万7000件以上の学術論文が生まれ、昨年は1000件以上が出版された。研究者たちはこの装置へのアクセスをめぐって熾烈な競争を繰り広げており、提案の約90%が却下されている。

本質的に無数の科学的ハイライトの中で、ワイズマン氏とクランプン氏は、ハッブルが特に革命をもたらした2つの分野、太陽系外惑星科学と宇宙論を挙げています。

ハッブル望遠鏡が打ち上げられたのは、間接的な方法で最初の太陽系外惑星が発見される 5 年前で、天文学者たちは望遠鏡が直接太陽系外惑星を発見できるかどうか議論したとクランプン氏は回想する。ハッブル望遠鏡は、形成時の熱でまだ輝いている、主に高温の若い惑星をいくつか観測したが、ハッブル望遠鏡の真の成功は、太陽系外惑星が恒星の前を通過するときに、その大気を透過する光を捉えることにある。この技術は、エンジニアたちがハッブル望遠鏡を建設した当時は存在すらしていなかったが、その後、異星の惑星に液体の水や、おそらく雲さえも発見するために利用されてきた。「30 年前に誰かに、それが可能だと思うかと尋ねたら、頭がおかしいと思われただろう」とクランプン氏は言う。

しかしハッブルの最大のスーパーパワーは、光の速度が距離と時間の関係から、過去をのぞき見る能力なのかもしれない。この望遠鏡の深宇宙研究プログラムは、宇宙の暗い部分をますます長い間見つめ、空の小さな点にズームインして、それぞれの点に含まれる何千もの銀河を解像してきた。最も遠い銀河からの光が私たちに届くまでに数十億年かかり、ハッブルは目を細めて強く見ることで、ビッグバンから数億年後に存在した銀河を見ることができた。当時の宇宙は、現在の年齢のわずか数パーセントで、混沌としていた。「時間を遡るほど、ますます暴力が見られます」とクランプン氏は言う。「銀河のように見える銀河はもうありません。それらはすべて列車事故です」。高速で互いに引き裂かれています。

宇宙学者は、ビッグバンによって作られた滑らかなスープから、今日の星と惑星のゴツゴツした宇宙に至るまでには、長い成長の過程があったことを長い間理解してきました。しかし、ハッブルは銀河が長い年月をかけてどのように成長してきたかを正確に示す直接画像を生成することができ、研究者が宇宙の年齢を測定し、ダークエネルギーの拡大する影響を発見するのに役立っています。これは、友人がきっとワイルドな大学時代を過ごしたに違いないと推測することと、友人の写真ライブラリにアクセスできることの違いです。「ハッブルは、私たちが少なくとも1つの惑星で楽しんでいる生命に優しい場所になるまで、宇宙がどのように変化し、進化してきたかを理解するのに本当に役立っています。」とワイズマンは言います。

宇宙望遠鏡の時代が40年目に突入する中、天文学者たちは新旧の機器から多くの新しい発見を期待している。2009年の修理後もハッブルは科学分野でトップの座を維持しており、ワイズマン氏はハッブルが40周年を迎えるまで生き残るかもしれないと期待している。

間もなく、おそらく来年にも、ハッブル宇宙望遠鏡に加わるのが、待望のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) です。JWST は、光を集めるためのより広い反射面積と、より多様な赤外線の色を観測する能力によって、ハッブル宇宙望遠鏡の能力を補完します。天文学者たちは、JWST が太陽系外惑星の大気中の新しい元素 (おそらく、地球外生命を示すカクテルを含む) や、さらに若い銀河を検出することを期待しています。

さらに先を見据えると、2010年代半ばに打ち上げられる広域赤外線サーベイ望遠鏡（WFISRT）により、宇宙学者はより広範囲に遠い過去を研究できるようになるかもしれない。「ハッブルの深宇宙を小さなサムネイルとして考えてください」とクランプン氏は言う。「WFIRSTはこれらの領域のフルHDテレビ画像を提供します。」

今後登場するこれらの宇宙望遠鏡はハッブルの遺産を基盤としながらも、その産物でもある。JWST の組み立てに深く関わってきたクランプン氏によると、エンジニアたちはハッブルの失敗を繰り返さないために、少なくとも 2 つの異なるツールから同一のミラー測定値を取得することを強く主張しているという。そのためだけに企業に特注の装置を製作するよう依頼する必要さえあったという。

NASA の宇宙望遠鏡群がますます増え、宇宙に対する私たちの視野が広がり続ける中、ハッブル時代の忘れられないモットーの 1 つは、間違いなく生き続けるでしょう。「2 度測定し、1 度打ち上げる」。