宙竜（soraryu）伝エピソード IV千里奈央

第03回（せんり・なお）「宇宙からの電波をキャッチ！
その1・BS 放送編」

蒼天高校の 2 年生。星空や宇宙が大好き。将来の夢は天文学者になること。天文部の春合宿中に、ひょんなことから「アルマー」や「いざよい」と出会い、ともに電波宇宙の危機を救うとされる「グランドアルマーの宝剣」を探す冒険の旅に出る。

03回は、身の回りにある多くの電波の中で、宇宙からやってくる電波の種類と性質を紹介し、電波天文学の基礎を学びましょう。さらに、人工衛星から送られてくる BS 放送の電波を中華ナベでキャッチする実験にトライしてみましょう。

アルマー（ALMAr）

電波宇宙から可視光宇宙へやってきたこどもの竜。電波宇宙に危機をもたらす謎の妨害電波「ジャミンガー」を浴びて意識が遠のくが、そこに 9 つの頭をもつ巨大な竜が現れて「電波宇宙を守るために、グランドアルマーの宝剣を探せ」と告げられ、気がつくと野辺山高原の草むらに倒れていた。

●「アルマーの冒険」制作ユニット

絵／藤井龍二（FUJII Ryuji）
文・構成／川村 晶（KAWAMURA Akira：星の手帖社）
監修／平松正顕（HIRAMATSU Masaaki：国立天文台チリ観測所）
編集／高田裕行（TAKATA Hiroyuki）
デザイン／久保麻紀（KUBO Maki）
特別ゲスト／石黒正人（ISHIGRO Masato：国立天文台名誉教授）★前号・第02回「光で見る・電波で見る」までのあらすじ
蒼天高校天文部の千里奈央は、長いざよい（十六夜）

奈央とアルマーの前に現れた謎のメスネコ。
可視光と電波の世界を見わける特殊能力の持ち主。電波宇宙や可視光宇宙について豊富な知識を持ち合わせている。どうやら、アルマーの過去を知り、電波宇宙の危機の原因やグランドアルマーの宝剣のありかを知っているようなのだが……。

可視光線と電波像が同時に見えるとこうなるの電波って夜でも昼でも見えるんだ！

いざよいの目を通して両方の像が見えているのか！？

なおー

野県野辺山高原で合宿中のある夜、こどもの竜「アルマー」と物知りでしゃべる猫の「いざよい」と出会う。アルマーたちは、電波そうよ宇宙から可視光宇宙に飛ばされて来たといい、電波の世界を見る電波眼パワーを持っていた。奈央もいざよいのしっぽの力で電波 のあっみんなー

いたー よかっ ケータイもつながらなかった
たあ

えー？

もんな

奈央、こいつら何者だ？

えっ！？

世界が見られ、光で見る世界と電波で見る世界には違いがあることを知った。朝になって、天文部メンバーと合流した奈央たちだったが……。

心配したよ

背景画像 : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Visible light image: the NASA/ESA Hubble Space Telescope

なにしてたの？

1

第 3-1 章 ブラックストーン博士登場！
奈央たちが宿に戻るとテレビで BS 放送が映らない。こ、これは…ひょっとして？

お、おまえこそ何者だ！？

アルマーといざよいっていうのか～ネコと竜がしゃべってるよろしく納得光線っ
とにかく奈央が無事でなによりだ

おかしいわね、昨日は映ったわよ

あれ、BS が映らないよ

ロッジに戻ろう変だなァ

おいっ、アンテナがないよ

えー！？

見たい番組があるのにィわたしも気がつかな
かったよ

オーナーも？

アルマー、電波の乱れを感じない？

ジャミンガーの気配がするよ、いざよい

まさか、ブラックストーン博士の仕業なのでは？

おいら、思い出したぞ02

天体からだけじゃない！ 宇宙から送られてくる身近な電波

1m

センチ波

10cm

ミリ波

1cm

サブミリ波

1mm

100μm

可視光線

メートル波

赤外線

10μm

紫外線

1μm

100nm

10nm

1nm

X線

γ線

1Å

0.1Å

(1000 nm)(1000 μm)
(10 Å)
図 01 天体観測で利用される電磁波の波長図（μm はマイクロメートル、nm はナノメートル、Å はオングストローム）。

0.01Å

電 波 は、 お お む ね 波 長0.1 mm か ら10 km ほ ど の 電 磁 波 です（下・表01）。そして電磁波には電波以外にも、波長の違いに応じて赤外線や可視光、X 線やガンマ線などの区分があり（上・図01）、宇宙から送られてくるさまざまな種類の電磁波を「波長ごとのたくさんの眼」で総合的に観測すれば、宇宙の謎をより深く解くことができる、ということを前回にお伝えしました。
その中で、宇宙からやってくる電波を観測するのが電波天文学ですが、私たちの身の周りには、自然界で発生する電波以外にも、たくさんの人工の電波が溢れています。それは、ラジオやテレビ、トランシーバーや携帯電話、インターネットの無線通信など、生活に欠かせない多くの機器で使われている電波です。これらの電波のほとんどは、地上から送られていますが、

図 02

準天頂衛星「みちびき」は日本の測位衛星です（画像：JAXA）。

BS 放送、CS 放送、GPS、衛星携帯電話、気象衛星など、地球の外にある人工衛星から送られてくる電波もあります。宇宙からやってくる電波は天体からのものだけではないのです。
人工衛星から送られてくる電波を使う機器で、最近たいへん止まって見えるのが静止衛星ね身近になってきたものといえば、GPS（グローバル・ポジショニング・システム：全地球測位網）でしょう。地図情報と合わせて、カーナビや携帯電話、スマートフォンでのナビゲーションで活用されています。GPS は、地上約2万 km の軌道上を周回している複数の人工衛星からの電波を受信して、地球上で位置情報や時刻情報が得られる仕組みになっています（図02）。
また、一般の人が直接電波を利用できるわけではありません
が、気象衛星は撮影した地球表面の画像を電波を使って地上に送っています。現在稼働している気象衛星「ひまわり8号」

図 03 電波の目なら、昼間の雲を通しても衛星からの電波が淡い星のように見えます（アルマーの冒険第 02 回参照）。

は、日本周辺を常に観測できるように、東経140度の赤道の真上、高度約3万6000 km に留まるように地球の自転に合わせた軌道を巡っています。地上からは常に同じ位置に見えるので、人工その信号を再び電波にして上空から送っています。最近では、ほ衛星の中でも特に静止衛星と呼ばれます。

とんどの住宅の屋根やベランダに、BS アンテナと呼ばれるお人工衛星に関わる電波で、多くの人が利用しているのは、やは皿のような丸いパラボラアンテナが取り付けられています。

りテレビの BS（Broadcasting Satellite）放送でしょう。BS 放送

パラボラアンテナを利用する電波望遠鏡も電波を集める機能の電波を送っているのは、赤道上空3万6000 kmで静止衛星となっは同じなので、BS アンテナは小さな電波望遠鏡ともいえるでている放送衛星です。地上の送信局から放送衛星に電波を送り、しょう（05ページ・図04参照）。

● 電波のさまざまな種類とおもな使われ方

表01～10 km（30 kHz） 超長波（VLF）

主な用途

電波の種類は「波長」で分けられます。波～1 km（300 kHz） 長波（LF）

船舶・航空機ビーコン

長は電波の波動の1周期分の長さで表しま～100 m（3 MHz）

中波（MF）AM ラジオ／船舶無線／アマチュア無線す。波長によって電波の伝わり方が変わる～10 m（30 MHz）

短波（HF）FM ラジオ／消防無線／警察無線

ので、その波長に適した用途に利用されま～1 m（300 MHz）

超短波（VHF）

携帯電話

す。どのように伝わり方が変わるのか調べ～10 cm（3 GHz）

極超短波（UHF） テレビ（地上デジタル放送）／無線 LAN～1 cm（30 GHz）

センチ波（SHF）てみましょう。また、ラジオ放送の電波のように「周波数」を単位として使う場合もあります。周波数は1秒間の波動の周期数を示しています。

電波の種類と主な用途（総務省電波利用ホームページより）波長（周波数）名称

主な用途

電波天文学（野辺山45 m 望遠鏡など）／衛星放送／レーダー～1 mm（300 GHz） ミリ波（EHF）

電波天文学（野辺山45 m 望遠鏡、アルマ望遠鏡など）／衛星通信／レーダー～0.1 mm（3 THz） サブミリ波

電波天文学（アルマ望遠鏡）

03

第3-2章 大きなパラボラ！ 45 m 電波望遠鏡
野辺山観測所45m 電波望遠鏡の仕組みが BS アンテナと似ていることに気がついて……。

テレビも見えないし夜も天気は悪そうだ

じゃあ、また天文台に行こうよ

見学させてもらおう

私たちも確認に行きましょ

よしやあ

ようこそ
天文台へ

うわぁ、すごい装置だ

BS アンテナと似ているねん？

今日は45メートル電波望遠鏡の中をお見せしましょう

電波望遠鏡は今日のように曇りの日でも昼間でも観測できます

仕組みは同じなのよ

そうなんだ

このお椀で宇宙からの電波を捉えるのですってことは、これで BS も見られるってこと？

受信機があればね04

電波を受けるさまざまなアンテナとパラボラ型の電波望遠鏡で宇宙を見るしくみの強度を計ります。それを天気図の等圧線のように、電波の● さまざまなアンテナ
電波を受ける仕組みにはいろいろな方式があります。電波を強度が同じ点を結んで図にする方法です。また、電波の強度受ける機器がアンテナ（★注01）ですが、FM ラジオのようなごとに色分けして、デジタルカメラの画素のように並べること直線的に伸び縮みするもの（ロッドアンテナ）やテレビの地上で、画像にする方法もあります（図05）。もうひとつは、いく

デジタル放送の魚の骨のようなもの（八木アンテナ）、BS 放送

つものアンテナをつなぎ、その配置や間隔を変えて観測するこを受信するパラボラアンテナなど、さまざまな形があります。とで画像の合成を効率的に行う「干渉計」という方法がありま

それぞれ受信する波長の特性に合わせた形状をしています（図す（08ページ参照）。

04）。野辺山宇宙電波観測所の45 m パラボラアンテナは、波長が数 mm のミリ波と呼ばれる電波で観測する電波望遠鏡です。

①②● 電波望遠鏡の解像度と感度電波のパラボラアンテナと電波望遠鏡でも光学望遠鏡でも、どこまで目的の天体を細か可視光のカセグレン式反射望

く見分けられるかという性能を解像度（分解能）で示します。

遠鏡は原理的に同じものだと光学望遠鏡ではレンズや鏡、パラボラアンテナを使う電波望遠

い う こ と は、02回 で 簡 単 に

鏡ではアンテナの直径が大きいほど、高い解像度が得られます。

説明しました。天体からやっ同時に、たくさんの可視光や電波を集めることができるので、てくる電波や可視光は、そのより高い感度も得られます。

ほとんどがたいへん弱いもの

ただ、解像度は「波長を口径で割った値」で決まるので、可なので、レンズや鏡で集めて視光に比べて波長がとても長い電波（03ページ・図01参照）で観測します。大きなお皿のよは、たとえばミリ波の場合、可視光と同じ解像度を得ようとすると、うなパラボラアンテナは、天光学望遠鏡の数100倍もの直径のパラボラアンテナが必要とな体からの電波を反射させて集ります。野辺山宇宙電波観測所の電波望遠鏡の直径が45 m もめているのです。

あるのはそのためです。さらに、高い解像度を得ようとすると、より大きなパラボラアンテナが必要となって製作が困難となり● 電波画像の作り方
しかし、電波と可視光の天ます。そこで、この欠点を補って高い解像度を得るための優れた工夫が、やはり「干渉計」なのです（08ページ参照）。

体の観測では、大きく異なる点があります。それは、可視光では像を直接見たり、フィ③
図 04 身近にあるさまざまな受信アンテナ。①は FM ラジオの伸縮アンテナ（ロッドアンテナ）、②は地上デジタルテレビ放送用の八木アンテナ、③は BS 放送用のパラボラアンテナ。アームの先についているのが受信機＋コンバーター。

ルムやデジタルカメラなどで写真を撮ることができますが、電波望遠鏡では直接人が像を見ることができません。ひとつのパラボラアンテナで直接得られるのは、アンテナを向けた方向からやってくる電波の周波数とその強さを計った値だけです（01回・05ページ参照）。そのため、電波での天体の姿を像として見るためには、特別な工夫が必要になります。
ひとつは、アンテナを少しずつ動かして、異なる位置の電波

図05 野辺山宇宙電波観測所45 m 電波望遠鏡で見た「りょうけん座」のM51銀河（右。左は可視光像）。青から赤へ向かうほど、電波の強度が強いことを示しています（可視光像：Jon and Bryan Rolfe/Adam Block/NOAO/AURA/NSF）。

● 解像度（分解能）の求め方● 電波を数値データにするしくみ

光学望遠鏡の解像度（分解能）は、目で見て観測する場合、経験電波望遠鏡はどのようにして、天体からやってくる的に以下のようなドーズの限界と呼ばれる式で求められます。

電波を観測しているのでしょうか。野辺山の45 m

解像度（秒角）＝116（秒角）／望遠鏡の口径（mm）

電波望遠鏡では、アンテナで集められた電波は、受口径10 cm の望遠鏡での解像度は1.16秒角です。

信機によって検知されます。とはいえ、とても弱い

これに対して、たとえば、野辺山の45 m 電波望遠鏡の解像電波なので、増幅器を使って大きな信号に変換し度は、観測波長を3.5 mm とすると、以下のような式で求めます。また、天体からやってくる電波には、いろいられます。

ろな波長が混ざっています。そこで、観測したい

解像度（秒角）＝1.22×波長（m）／口径（m）× 57.3 × 3600

特定の波長の電波のみを取り出す装置が必要になりその解像度は19秒角となり、口径10 cm の光学望遠鏡に比べます。それが分光器です。45 m 電波望遠鏡では、てアンテナの直径は450倍も大きいにもかかわらず、解像度音響光学型分光計（電波を超音波に変換する素子をでは及ばないことがわかります。これは、解像能力に限れ用いて分光する仕組み）と、デジタル分光計（コンば、電波で宇宙を精度よく観測することが、原理的にいかにピュータ上でフーリエ変換して分光する仕組み）が困難であるかを示しています。

使われています。

★注01 アンテナには電波を発信するもの（たとえば携帯電話の基地局：アルマーの冒険02回参照）と電波を受信するものがあり、さまざまな種類のものがあります。どんな種類のアンテナがあるのか調べてみましょう。

05

第3-3章 小さなパラボラ！ 30 cm 中華ナベ
専用のパラボラアンテナを使わなくても BS 放送を受信できたよ！

でも、こんな大きなアンテナは必要ない

なにか代わりに使えるものがあるかな？

中華ナベはどう？

いいね

このナベは使わないからいいよありがとうございます

たしかに帰ったらロッジのナベを借りて試そうよ

こうやって焦点を合わせてーと中華ナベが電波を集めたわけだ

06

どう？

上下左右におー、映った！

動かしてなるほどこれも一種の電波望遠鏡だね

おもしろーいそこで固定してぐろふふふ…
やりおるわい実験その 02

中華ナベで BS 放送を見てみよう

今回は、実際に宇宙から送られてくる電波を捉える実験をしてみましょう。とはいえ、いきなり天体からの電波を受けるのはたいへんですので、03ページで紹介した放送衛星から送られてくる BS 放送の電波をキャッチしてみましょう。「私の家には、ちゃんと BS 用のアンテナが取り付けてあって、いつも BS チャンネルのテレビ番組を見ているよ」という人の声も聞こえてきそうですね。この実験では、その市販のアンテナを使わずに、中華ナベをアンテナとして BS 放送を受信してみましょう！
★注02 この木製スタンドを用いた BS 放送の受信実験は、国立天文台三鷹地区の特別公開「三鷹・星と宇宙の日」などで体験することができます。

◦ STEP01 用意するもの
BS 放送を見るためには「BS アンテナ」「受信機（コンバーター）」「BSチューナー」「テレビ」が必要です（最近のテレビなら BS チューナーが内蔵されています）。市販の BS アンテナは、通常、アンテナと受信機がセットになっている（05ページ参照）ので、受信機を取り外して利用します。今回は実験しやすいように、あらかじめ木材で作ったスタンドに受信機を固定していますが（★注02）、大型のカメラ三脚などを使ってもよいでしょう。

BS 放送衛星の位置（BS アンテナを向ける方向）※◦ STEP02 アンテナの方向を決める
パラボラアンテナを正確に BS 放送衛星に向けないと電波を受信できません。BS 放
送衛星の位置（見かけの高さや方角）は、各地で異なります（右表参照）。あらかじめ、みなさんが住んでいる地域の位置データを調べて、方位磁石や分度器などで、大まかな目安を付けるとよいでしょう。すでに
BS 放送を視聴している場合は、アンテナが向いている方向に衛星が位置していることになります。

受信機を木製スタンドに取り付けます。

BS 放送衛星の位置を確かめます。

◦ STEP03 BS 放送の受信
BS チューナー内蔵のテレビには、BS 放送の電波の強さ（受信レベル）を計測できる機能が付いています。数値やメーターを見ながら、中華ナベからコンバーターまでの距離や中華鍋の向きを少しずつ変えて、最も強く電波を受信できる位置を探しましょう。テレ 受信レベルを確認します。
ビを視聴画面に切り替えれば、BS 放送が視聴できます。

中華ナベの位置を調整しながら受信レベルが強くなったところで視聴画面に切り替えましょう。
画面が映ったら、中華ナベの位置を細かく動かして映りがどう変わるか試してみましょう。

高さ（仰角）方向（北から時計回りの方位角）

札幌

31.2

221.7

仙台

35.3

224.0

東京

38.1

224.4

新潟

36.6

222.1

金沢

39.1

220.1

名古屋

40.1

221.5

大阪

41.4

220.2

広島

43.4

216.2

高知

43.5

218.2

福岡

45.2

213.9

鹿児島

47.0

215.6

那覇

53.6

215.8※ 「BS・110°CS アンテナ（衛星放送）設置のポイント」（電子情報技術音楽協会）から抜粋◦ STEP04 これもアンテナになる？
さあ、中華ナベで宇宙からの電波をキャッチすることができましたか？「できた！」という人は、なぜ中華ナベで電波を捉えることができたのかを考えてみましょう。そして、ほかにもいろいろなものをアンテナ代わりにして、BS 放送の電波を捉えることができるかを試してみると、その理由を確かめることができるかもしれません。

金属製のナベのフタで実験をしてみると…

ぐろふふふ、ワシが BS
ハカセじゃ！

★ BS ハカセ：石黒正人さん（国立天文台名誉教授：元 ALMA 推進室長）

07

ミリ波天文学を拓いた野辺山 45 m 望遠鏡、サブミリ波天文学を拓くアルマ望遠鏡
光学望遠鏡での天文学の歴史は、ガリレオ・ガリレイ

さらに直径10 m のパラボラアンテナ5台（後に6台）をに始まり、400年あまり。対して電波の天文学の歴史は、ま用いた ミリ波干渉計と呼ばれる特殊な電波望遠鏡によるだ100年にも届きません。日本の電波天文学は、旧東京天文観測も始まり、同じ構内にある野辺山太陽電波観測所（次台で太陽電波の観測から始まりました。1947年ごろのことで回アルマーの冒険04で紹介の予定）とあわせて、野辺山す。宇宙電波は1970年に直径6 m のパラボラアンテナを使っ観測所は電波天文学の世界的な拠点へと発展しました。そて、ミリ波による観測が開始されました。ミリ波の観測は、の野辺山での成功をもとに、日本の電波天文学の研究者た

海外でも始まったばかりで、日本はほぼ同じスタートラインにちはさらに高性能な電波望遠鏡の建設を検討し始めます。

立てたのです。そして、1982年には野辺山宇宙電波観測所

それは、ミリ波よりもっと波長の短いサブミリ波を観測すに世界最高性能の直径45 m 電波望遠鏡が完成。その観測るという野心的なものでした。03ページの図01からもわによって、さまざまな分子雲の性質の解明やいろいろな星かるように、サブミリ波は電波の区分の中ではもっとも波間分子の発見、渦巻銀河 NGC 4258の中心部にある超巨大長が短い電磁波（それより短い波長はもはや赤外線の領ブラックホールの発見など、「ミリ波天文学」を扉を開く域）で、これを観測する望遠鏡にはたいへん高度な技術が多くの成果を挙げ、世界の電波天文学を牽引してきました。

要求されます。その後、海外でもサブミリ波望遠鏡の建設が提案され、日米欧の国際協力でミリ波とサブミリ波の観測ができる世界最大、最高性能の電波望遠鏡の建設が計画されました。それが南米チリのアタカマ高原に建設され、いよいよ本格的な観測が始まった「アルマ望遠鏡」なのです。パラボラアンテナ66台（直径12 m が54台、直径7 mが12台）の電波干渉計で、すでにこれまでにない解像力と感度でさまざまな発見が続いてます。そのようすは2月号の本編をご覧ください。

野辺山観測所45 m 望遠鏡と赤岳（八ヶ岳主峰：標高2899 m）。

「アルマーの冒険」03 回

発行日／ 2015 年 2 月 1 日
発行／国立天文台天文情報センター出版室
制作協力／国立天文台チリ観測所・野辺山宇宙電波観測所★「アルマーの冒険」バックナンバーは
http://www.nao.ac.jp/naoj-news/almar/

08をご覧ください。

本格的な科学観測が始まったアルマ望遠鏡とリカンカプール山（中央奥：標高5916 m）［画像：Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com) ／ ESO］
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