壮大な物
理実
験室

宇宙

ケプラー，ニュートン・・・
古くから科学者は宇宙を観察することで「法則」を発見し，「物理学」という学問を築きあげてきました。
宇宙は物理学という厳密なシナリオにのっとった，私たちの想像を絶するドラマの舞台なのです。
そして，科学技術の進歩により，今や宇宙は科学者達の手近な実験室になりつつもあるのです。
写真：すばるが捕らえたオリオンKL領域

巨大望遠鏡で宇宙を探る
日本の科学者達によって設計された新世代の望遠鏡「すばる」。
世界に誇るそのすばらしい性能は，はるか120億光年先の銀河団をも見ることが可能です。
そしてこの「すばる」を通して新たな発見が次々と生まれています。

すばる展望鏡
国立天文台のすばる望遠鏡は，一枚鏡としては世界最大の8.2mの主鏡をもつ可視光および赤外線望遠鏡です。最物理も大気揺らぎの影響が小さく，湿度の極端に低いハワイ島マウナケア山（標高4200ｍ）山頂に1997年建設され，角度分解能0.2秒の世界最高性能を達成し，現在，世界中の天文学者が観測を行っています。
マウナケア山頂のドーム全景（右）とす
ばる望遠鏡本体（下）写真提供：国立天文台

すぐれた観測装置群
すばる望遠鏡には，可視光・赤外線用の７つの観測装置があり，様々な観測目的に応じて使い分けられています。その中のひとつOHS（OH夜光除去分光器）は，大学と国立天文台が共同で開発した，望遠鏡の赤外線での観測性能を６倍以上に高めることのできる，すばる望遠鏡だけが持つ特殊な観測装置で，特に宇宙遠方の天体の性質を詳しく調査する際に威力を発揮して
写真提供：国立天文台

います。

120億光年のかなた
OHS の一部分は広視野の赤外線カメラとして使用する事ができます。このカメラを用いて，長時間同じ領域を観測し続けることによる遠方宇宙の探

上：夜光除去分光器 OHS
下：OHS により取得された100億光年彼方の巨大銀河の赤外線スペクトル
酸素や水素などの可視光の輝線が赤方偏移して赤外線で観測されているものです。

査や，可視光では塵に隠されて観測できないような星生成領域の観測が行なわれています。
左：遠方宇宙の赤外線画像
約120億光年彼方の宇宙初期の銀河を捕えている事が最近の観測結果と合わせて分かってきています。

右：分子雲中で星生成が行なわれている
領域 S106 の観測結果
すばる望遠鏡の高い分解能により，重く大きい星から軽く小さい星までどの程度の数の星が生まれているのかが詳しく分かりました。
写真提供：国立天文台（2点とも）

6

宇宙の始まりを見る
宇宙は今から150 億年前の「ビッグバン」によって生まれたといわれています。
つまり，150 億光年先から来る情報には，宇宙が生まれたその瞬間を教えてくれる「何か」が含まれているのです。

ALMA
世界の天文学学者が共同で，南米チリ共和国の標高5000メートルのアン物理

デス高地に大型サブミリ波干渉計（ALMA）を建設しています。周波数30GHzから1000GHzのサブミリ波を観測します。微弱なサブミリ波を観測するために，鏡面誤差が20μm以下の高精度パラボラアンテナや量子限界の低雑音超伝導受信機，そして超高速デ

資料提供：国立天文台

ータ伝送技術などの最先端技術の開発もおこなっています。直径12ｍアンテ

Astro-F

ナを64台配置して，ハッブル望遠鏡の宇宙科学研究所を中心として，200410倍以上高い解像度 (0.01秒角)を実現

年2月打ち上げを目標に赤外線天文衛します。

星Astro-Fの開発が進んでいます。口径70cmの冷却型望遠鏡により，波長2〜200μmの過去最高の感度を備え，宇宙に存在する各種の天体の謎を赤外線観測により明らかにします。
資料提供：宇宙科学研究所

星や銀河の赤ちゃんを探す
Astro-FとALMAは可視光では見えなさらに，Astro-FとALMAの観測する波として観測されるからです。年齢がい星間物質を捕らえます。この暗黒星

赤外線からサブミリ波は，生まれたば数億年の若い銀河が大量にみつかり，間物質は，星を誕生させる材料となりかりの銀河を探すのに適しています。

銀河がどのようにしてできたかがわかます。太陽のような恒星や地球のよう原始の銀河の放射する光が宇宙膨張にるでしょう。

な惑星が生まれるようすを調べて，太よって赤方偏移し，赤外線やサブミリ陽系の起源を解き明かします。また，サブミリ波では，生命の起源に関連する有機分子の検出も可能です。

原始太陽

0.01″
110pe
原始惑星

資料提供：国立天文台

7

資料提供：国立天文台

Astro-E2
宇宙科学研究所を中心としてX線天宙で，酸素や炭素などの多くの元素ブラックホールに落ち込む物質は下

文衛星Astro-E2の製作が進んでいまがいつどこで作られ宇宙空間にどの図のように「降着円盤」と呼ばれるガす。これはロケットの故障のためように拡がっていったかを調べます。

ス円盤を形成します。ガスはブラック

2000年2月に打ち上げに失敗した

また，広い観測X線波長帯域を生かし，ホールの周りを激しく回転するため，Astro-E衛星を再製作するもので，巨大ブラックホールの誕生の謎を解膨大な摩擦熱を発生し1000万度に達2005年2月の打ち上げを予定していま明します。

する超高温となりＸ線を放射します。

す。絶対温度約0.06ケルビンで動作す

図は日本のグループが米国のチャンる高分解能X線分光器など4種類のX線ドラ衛星を使って発見したM82銀河の観測装置を搭載し，過去最高のX線波中質量ブラックホールです。巨大ブラ長帯域と波長分解能を備えています。

ックホールに成長すると考えられていAstro-E2は，ビッグバン直後には水ます。矢印は同時に発見された小型の素とヘリウムしか存在しなかった宇ブラックホールです。

これを観測することでブラックホールを間接的に捉えられます。
左：Astro-E2
右：ブラックホール
日本のグループが米国のチャンドラ衛星を使って発見したM82銀河の中質量ブラックホールで物理す。巨大ブラックホールに成長すると考えられています。

ブラックホールの場合

ブラックホール

資料提供：宇宙科学研究所

科学衛星による惑星探査
惑星探査計画
金星は太陽からの距離が地球に最もまた，探査機 Planet-Bが，今現在，近く，また，惑星自体の大きさも地球火星到着を目指して飛行を続けており，とほぼ同じ惑星です。表面は高温の炭小惑星のサンプルリターンを目的とす

酸ガスの大気と硫酸の雲に覆われているMuses-C衛星は2002年に打ち上げらます。自転運動は非常にゆっくりとしれる予定です。さらに，月探査を目的ていますが，雲は毎秒100メートルもとする Lunar-A衛星や SELENE衛星なの高速で惑星の自転する方向に運動しどが次々と打ち上げられ，また，水星ています。スーパーローテーションと探査衛星をヨーロッパと協力して打ち呼ばれるこの運動に代表される大気の上げることも計画されています。

力学を調べるために，宇宙科学研究所が中心となって2007年に金星を周回す科学衛星による惑星や月の探査が本格的に始まろうとしています。

るPlanet-C衛星が打ち上げられる予定です。これにより，金星大気に雷現象が存在することの確認や，現在の地球の大気と著しい違いが生じた原因を探るために，金星の大気からどの様にまたどのくらい，外の空間に大気を構成する粒子が逃げ出しているかを調べる予定です。

左 ：Planet-B
右上：Muses-C
右下：Planet-C
資料提供：宇宙科学研究所

8

「見えない」宇宙を見る宇宙空間は「真空＝何もない」と思われがちです。
しかし，科学の目で見てみると，宇宙空間は「エネルギー」に満ちあふれた空間なのです。
いったい何があるのでしょうか？そしてそれはどこから来るのでしょうか？

高エネルギー宇宙物理

宇宙線を作る巨大加速器天体

下の写真は米国のComptonガンマ線

宇宙線起源の天体は100年近く謎でンマ線望遠鏡（CANGAROO 日豪共衛星が捉えた銀河面からの１億電子ボした。最近，日本のX線天文衛星「あ同実験)が検出（中図）に成功，宇宙ルトガンマ線です。宇宙線が星間ガスすか」が，超新星残骸SN1006から超線起源天体と考えられる具体的な天体と衝突して発生したガンマ線の放射と高エネルギーに加速された電子が作るが初めて観測されたことになり，大き考えられ，銀河に宇宙線が満ちているシンクロトロンX線（左図）を発見，な反響を呼びました。

ことがわかります。

さらに同時に生成されると考えられる超高エネルギーガンマ線（10兆電子ボルト以上）を地上の超高エネルギーガ

写真提供：NASA

左：SN1006のシンクロトロン
X線像
中：宇宙線起源天体
右：X線，γ線の発生のしくみ

宇宙線は宇宙からふりそそぐ高エネルギーイオンであり，10の20乗電子ボルトという，途方もないエネルギーにまで達します。大気と衝突して，いくつもの粒子を生成した電磁シャワーをつくり，地上に多くの粒子を降らせます。

宇宙線をいかにして捉えるか？
X線，ガンマ線は大気に吸収されるして，高エネルギー粒子と大気との衝ので，衛星観測が必要です。ただし

突でできるシャワーからの前方へのビ100億電子ボルト以上になると，そのーム状のチェレンコフ光を地上の望遠フラックスが極端に少なくなります。

鏡で捉えることで，ガンマ線，宇宙線

そのため右図のように大気を検出器とを測定します。

宇宙線が大気と衝突して生成される電磁シャワーの計算機シミュレーション
資料提供：宇宙科学研究所

左：X線観測衛星
右：X線，ガンマ線の観測施設
光が地上で広がって大きな面積の装置と同等になり，フラックスの弱い超高エネルギーガンマ線を捕らえることができます。右図はオーストラリアに最近完成したガンマ線望遠鏡です。

9シミュレーション科学
科学者は様々な科学現象をつぶさに観察し，理論体系化してきました。
そして現在，この理論体系をコンピュータに入力することで，今まで肉眼では見ることのできなかった「その瞬間」を再現することが可能になりました。

スーパーコンピュータによる科学の創造

粒子の生成反応を見る
下の3点の写真は，金の原子核同士

1990年代，パーソナルコンピュータを200兆電子ボルトのエネルギーで正の性能は格段に向上し，80年代のスー面衝突させ，反応の時間変化を追いかパーコンピュータをしのぐに至りまし

けたコンピュータシミュレーションでた。さらにインターネットの出現はコンピュータを大衆化するとともに，世界中のコンピュータがインターネットを介してつながるようになりました。
そのような技術の中から数千以上の計算機をひとつにする並列計算技術が急物理す。最近ではコンピュータの進歩で，このようなたくさんの粒子の生成反応を計算することができるようになりました。静止している時は球形をしている原子核が，非常に高速で運動してい生まれてから10のマイナス５乗秒といるため特殊相対論的効果で収縮して板うごく短い時間後の状態に相当する２状に見えています。また非常にエネル兆度という超高温の状態をつくり出す

速に進歩し，従来不可能であった非常ギーが高く大量の素粒子が生み出されことができると考えられています。こに多数の構成粒子の個々の運動から大る様子が手に取るようにわかります。の図のような反応結果を解析すること

きな全体をシミュレーションすること

上の写真は，実際の金の原子核のによって，宇宙の初期状態に存在して200兆電子ボルトでの正面衝突の様子いた物質の状態を理解しようとする研これにより理論式としてしか表現でです。シミュレーションの予想どおり究が進められています。

きなかった世界が可視化され，検証不大量の粒子が飛び出しているのがわか可能と思われていた理論分野が実証可ります。このような反応では，宇宙がが可能になりました。

能になり，シミュレーション科学がひとつの科学分野として認知されるようになりました。

月の誕生を見る
月がなぜあるか，実はこれも最近まで全くの謎でした。しかし，地球に衝突した惑星の破片と地球重力との相互作用をシミュレーションすることで，自然に現在の月の軌道，周期，重量などほとんどの物理量を再現することに成功し，惑星衝突説が最有力になってきました。左の図は，衝突からたった一ヶ月で現在の月ができた様子を示す
シミュレーション画像です。

資料提供：国立天文台

10