Thirty Meter Telescope

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TMT プロジェクト
東京都三鷹市大沢 2 ‐ 21 ‐ 1
https://tmt.nao.ac.jp

TMT International Observatory

111 Nowelo Street, Hilo, HI 96720, U.S.A.
100 W Walnut St, Pasadena, CA 91124, U.S.A.
https://www.tmt.org© 2023NAOJ(2023.4)

自然科学研究機構 国立天文台

TMTプロジェクト

超大型望遠鏡 TMT 計画

世界最高水準の望遠鏡で，天文学研究の最前線に挑戦したい−日本の天文学者たちの夢と努力は1999年，国立天文台ハワイ観測所のすばる望遠鏡として実を結びました。観測

条件に恵まれたハワイ島マウナケア山頂域に建設された口径 8.2 m のすばる望遠鏡はその後，「宇宙最遠の銀河」の記録を再三にわたって塗り替えるなど，数多くの発見を成し遂げ，日本の光赤外線天文学の水準を世界のトップレベルにまで押し上げました。そしていま，国立天文台を中心とする日本の天文学コミュニティは，かつてない巨大な光学赤外線望遠鏡 TMT の建設を，国際共同プロジェクトとして推進し，未だ人類が見たことのない宇宙の姿に迫ろうとしています。

TMT は，口径 30 m の巨大望遠鏡をハワイ島に建設する計画です。今日の可視光と赤外線による天文観測では，すばる望遠鏡をはじめとする口径 8〜10 m の望遠鏡が活躍していますが，口径30 mのTMTなら，それらの約10 倍も多くの光を集めることができます。

また，補償光学で解像度を極限まで向上できる赤外線の観測では，ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を 5 倍も上回る解像度が得られます。

近年の天文観測は，膨張する宇宙のなかでの天体の形成や，太陽系以外の惑星系の存在などを明らかにし，人類の宇宙観，自然観を大きく塗りかえるとともに，新たな謎を提起しました。TMT は，宇宙で最初の星や銀河の正体を解き明かすこと，太陽系外惑星に生命の兆候を探ることなどを大きな目標としています。

国際協力による次世代巨大望遠鏡の建設に，すばる望遠鏡の建設で培った経験と技術を惜しみなくつぎこみ，完成後はすばる望遠鏡と連携した観測を行うことにより，日本は世界の天文学をリードしていきます。

すばる望遠鏡とアルマは，世界の天文学研究に大きな発展と刺激をもたらしました。世界に１台しかないような観測施設を大規模な国際協力により建設・運用していくことは国立天文台の大きな強みとなっています。国立天文台は，TMT計画を万全の体制で遂行します。
常田佐久（国立天文台長・TMT 日本代表）
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主鏡を構成する分割鏡は対角 1.44 m の六角形状で，これを 492 枚組み合わせます。鏡の分割鏡方式の 30 m 望遠鏡

厚さは 4.5 cm しかないので，全体としての重量を軽くすることができるのです。主鏡全体が放物面に近い双曲面になるように，それぞれの分割鏡の表面も非球面状に加工します。その精度は可視光の波長の数十分の 1，つまり 10 nm 程度にする必要があります。表面の形状が少しずつ異なる 82 種類の分割鏡を，交換用を含めて 7 枚ずつ製作します。鏡の表面は薄い金属膜でコートし，可視光から赤外線まで高い反射率をもたせます。望遠鏡運用時の分割鏡の洗浄や再コートは，交換用の鏡を利用して順次行います。
TMTの最大の特色は，口径30 mという，これまでの望遠鏡を大きく上回る巨大な主鏡にあります。すばる望遠鏡（口径 8.2 m）の主鏡は 1 枚の鏡ですが，TMT は多数の鏡を組み合わせて主鏡を構成する，分割鏡方式を採用しています。

主鏡が大きくなるのにともなって，望遠鏡本体やドームも大型になりますが，これを最小限にとどめるために，主鏡の F 値（焦点距離 / 口径比）が非常に小さくなるよう設計副鏡（凸型双曲面鏡，直径 3.1m）しています。ドームの高さは 56 m ありますが，これはすばる望遠鏡のドーム（高さ43 m）よりひと回り大きいサイズにとどまっています。望遠鏡本体も軽量かつ丈夫な構造になるよう，工夫をこらしています。

主鏡で集められた光は副鏡と第 3 鏡で反射され，望遠鏡の両側に配置される観測装置に送られます。装第 3 鏡（平面鏡，2.5×3.5 m）

置の切り替えは第3 鏡の制御により行います。

ドーム

492 枚の分割鏡からなる，口径 30 mの主鏡対角 1.44 mの分割鏡を，2.5 mmのすき間で敷き詰めています。

分割鏡
27 点支持アクチュエーター

観測装置

補償光学システム
主鏡

支援棟

分割鏡の支持機構
27点の上下方向の支持によって各分割鏡の形状を調整し，アクチュエーターによって分割鏡の相対的な位置を3点で能動的に制御します。

TMT の諸元TMT は水平方向と高度方向に駆動する経緯台式望遠鏡で，主鏡・副鏡・第 3 鏡でつくられる焦点（ナスミス焦点）で観測を行います。観測装置は望遠鏡の両側（ナスミス台）に配置されます。ひとつひとつの観測装置も大型になるので，使用する装置の切り替えは装置を固定したまま，第 3 鏡の向きを変えることにより行います。観測可能な視野（15 分角）は，満月の視直径の約半分です。

光焦口学系
点径

合成焦点距離視野

主 鏡 F 値回 折 限 界観 測 波 長望遠鏡の高さリッチー・クレティエン式

変則ナスミス焦点

30 メートル 492 枚の分割鏡
450 メートル
15 分角
18 ミリ秒角（波長 1 μm）

0.31〜28 μm
51 メートル3補償光学による驚異の解像度

ケック望遠鏡による銀河系中心部の画像

望遠鏡の解像度は，口径が大きいほど高くなります。しかし地上望遠鏡による観測では，大気のゆらぎによる影響を受けてしまうため，星像が乱れてしまいます。

巨大な主鏡を活かして高解像度で観測を行うためには，大気による像の乱れを補正する補償光学の技術が不可欠です。赤外線による観測では，すばる望遠鏡でも補償光学はすでに実用化されていますが，口径の大きな TMT でこれを実現するには，従来にない高い技術が必要になります。

補償光学の技術を用いると，赤外線観測ではジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の 5 倍，すばる望遠鏡の 4 倍程度の解像度が得られるようになります。解像度が高まると，天体観測を妨げる背景光（地球大気からの赤外線放射など）の影響を抑えることができるので，より暗い天体を観測することもできるようになります。

TMT の初期観測装置

Keck/UCLA Galactic Center Group
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の解像度（シミュレーション）

近赤外線撮像分光装置（IRIS）

波長 0.84〜2.4 μm の近赤外線の領域で補償光学により回折限界の解像度を実現し，撮像・分光観測を行う装置。遠方の宇宙から太陽系天体まで幅広い天文現象について，これまでにない精度のデータを提供します。恒星の近くの小さな系外惑星をみつけ，その分光観測により大気の成分の測定に挑みます。また非常に遠方の銀河の高感度分光観測により初代天体の正体に迫ります。

可視広視野多天体分光装置（WFOS）

1 μm までの可視光の波長で，大望遠鏡としては広い視野（25 平方分角）で多天体分光観測を行う装置。波長分解能は最大 3500。遠方の暗い銀河を多数分光観測し，初期の銀河形成の全貌や暗黒物質の分布の解明に挑みます。

多目的回折限界近赤外高分散分光器（MODHIS）

近赤外線波長域で、補償光学を利用して高波長分解能 (100,000 以上 ) の分光観測を高精

0.1”
補償光学により TMT で得られる画像。スケール（バーの長さ）は 0.1 秒角。（シミュレーション）(© University of California, San Diego/IRIS)

度で行う装置。生命の兆候を示す地球型系外惑星の発見とその大気の観測に挑みます。

製作を予定している観測装置

初期観測装置に続いて，多彩な観測を実現するための装置が順次製作される予定です。
そのなかには，巨大な集光力を活かして可視光を波長によって細かく分けて測定する高分散分光器や，多くの天体を一度に高解像分光する装置，標高の高いハワイのマウナケ
ア山頂域でないと観測できない中間赤外線（波長 10 μm 以上）の撮像・分光装置などがあります。また，地球型惑星の姿を直接撮像することをめざす装置も検討されています。

レーザーガイド星を用いた補償光学観測（想像図）
補償光学を利用するには，大気による光の波面の乱れを測定するためのガイド星（参照星）が不可欠ですが，観測を行う天域に明るい星があるとはかぎりません。
そこで望遠鏡からレーザーを照射して大気中のナトリウム層を光らせ，人工のガイド星をつくり出すのです。

45マウナケアと TMT
太平洋の海底からゆるやかな傾斜で標高 4000mもの高さに達するマウナケアは，世界で最も天体観測に適した場所のひとつです。山頂域では，高い晴天率，暗い夜空，低温で乾燥した空気など，最高の観測に必要な条件がそろっています。特に，TMT にとって鍵となる補償光学による観測のためには上空大気が安定していることが重要であり，この面でマウナケアはとりわけ優れています。

マウナケア山頂域は，年間降水量が 250mm 以下の高山砂漠帯で，一見，生物などいないように見えますが，苔，地衣類，藻類，また，ヴェーキウ・バグなどの低温適応性のある無脊椎動物が 40 種類以上生息しています。( 左画像：
ヴェーキウ・バグ © Jesse Eiben, University of Hawaiʻi，右画像：地衣類 © C.W.Smith, University of Hawaiʻi)

一方，マウナケアは，ハワイ先住民にとって，祖先や神々とのつながりを感じる神聖な場所であり，自然の中に息づくハワイ文化を象徴する場所でもあります。

ハワイ先住民の伝承によると，天の神ワーケアと大地の神パパが最初にハワイ島を生み，その後で彼らの祖先となる最初の人間を生んだといいます。マウナケアは Maunaa Wākea (ワーケアの山 )とも呼ばれ，ハワイ島とワーケアをつなぐへその緒だと考えられています。つまり，先住民の人たちにとって，マウナケアは神々や祖先との結びつきを象徴する場所なのです。

マウナケアの高山地帯は，伝統的に，神々と精霊の領域 ( ワオ・アクア ) とされています。

山頂域の噴石丘 (プウ ) には，クーカハウウラ，ポリアフ，ワイアウ，リリノエなど，ハワイ先住民の祖先である神々の名前がつけられています。

TMT 計画では，ハワイの文化を尊重し，真に地域社会に根ざした天文台を目指して，地元の方々の意見を傾聴する対話を重視しています。コミュニティの一員として，地元の教育機関等と連携した学習支援・人材育成，文化交流，環境保護・保全を軸にした活動に取り組んでいます。

マウナケアでの環境活動
マウナケア山頂域はハワイ州によって科学地区とされています。マウナケアの文化的資源や天然資源の保全のために 2009 年に策定された『包括的管理計画』では，動植物や遺跡の存在，水質や景観への影響など，望遠鏡建設が環境へ及ぼす影響が多角的に評価されました。その結果，景観への影響が比較的小さく，希少で絶滅の危機に瀕した動植物や，考古学上の遺跡や埋葬地へのリスクがないとして，TMT の建設場所は選ばれました。TMT建設地はマウナケア山頂より下の溶岩面にあり，クーカハウウラ山頂やワイアウ湖，プウ・リリノエといった文化的に特に配慮を必要とする場所からは見えない位置にあります。また，TMT 計画では，廃棄物を残さない，全ての職員と関連業者にマウナケア文化・天然資源についての研修を義務づけるなどの取り組みを行います。

TMTは，マウナケアの貴重な資源を守りながら，継続的に観測を行うことができるような天文台となることを目指しています。

2019年４月に画像が公開されたブラックホールが Pōwehi とハワイ語で命名されたよ

うに，古より息づくハワイの文化と天文学のつながりが改めて注目されています。イミTMT 建設地

ロア天文学センターは，天文学の進展に取り組むあらゆる機関と連携して，文化的視点と天文学が融合した教育プログラムを地域の人々に提供していきたいと思います。

Kaʻiu Kimura（イミロア天文学センター所長）
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TMT はすばる望遠鏡から 1 km ほど離れた場所（標高4012 m）に建設される予定です。

9すばる望遠鏡やアルマとの連携

国際協力によるプロジェクト

国立天文台のすばる望遠鏡はこれまで，大型望遠鏡のなかでは抜群に広い視野を活かした観測で活躍してきました。これを可能にしたのが，超広視野主焦点カメラ（HyperSuprime-Cam, HSC）です。さらに，2400 個もの天体を同時に分光観測できる主焦点超広視野分光器（Prime Focus Spectrograph，PFS）の開発が進んでいます。これらの装置

5 か国の共同プロジェクト

により，すばる望遠鏡は世界第一線の望遠鏡であり続けるでしょう。

中国

TMT計画には日本，米国，カナダ，中国，インドの 5 か国が参加しています。2014年にTMT が観測を開始すれば，たとえばすばる望遠鏡による広域探査で最遠方銀河の候補建設を担う TMT 国際天文台（TIO）が設立され，本格的な建設が始まりました。参加国・天体を見つけて，TMT でその性質をくわしく調べるといった研究も可能になります。日機関が分担して望遠鏡の製作にあたる他，科学目標の検討や次世代の教育・人材育成に

本は TMTとすばる望遠鏡との連携で，世界の天文学をリードしていきます。

インド

カナダ
日本

米国

ハワイ島

ついても国際協力で進められています。

HSC による深宇宙探査観測画像の一部。これらの撮像データから史上最高の広さと解像度を持つダークマターの「地図」が作成されつつあります。

国立天文台はチリのアタカマ高地にある世界最大級の電波望遠鏡群，アルマ（ALMA）の建設や運用にも参加し，重要な役割を果たしてきました。2011 年に科学的な観測が始TMT プロジェクトの組織図。建設は TMT 国際天文台（TIO）の統括のもとで，各メンバーが分担して行います。日本からは自然科学機構がメンバーとして参加しています。
プロジェクトの方針は，意思決定機関で構成される TIO 評議員会によって決められます。

まって以来，アルマは画期的な成果を次々とあげています。とりわけ太陽系外の惑星系に関連する観測では，生まれたての星のまわりに形成されることが予想されていたちりの円盤を見事にとらえることができました。TMT は波長の短い赤外線でアルマと同等の解像度で観測することを可能にします。これにより誕生後の惑星の姿をとらえることを目指します。

アルマがとらえた うみへび座 TW 星のちりの円盤
年齢およそ 1000 万歳の若い星，うみへび座 TW 星の周りに，ちりの細い環が同心円状にいく重にも並んでいるのがはっきりと見えています。2 本の暗いすき間は，中心星からの距離が、それぞれ天王星軌道（20天文単位）と冥王星軌道（40 天文単位）とほぼ同じです。
中心星の近くを拡大してみると，地球軌道と同程度，1 天文単位の半径を持つ隙間も見つかりました。これ
らのすき間では，惑星が形成されているのではないかと考えられています。TMT が見ようとしているのは，こうして生まれてきた惑星の姿です。
© ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)TMTの将来を担う若手研究者・技術者向けの国際研修会。TMT での研究や開発に参加するために有用な専門知識を得るだけでなく，多様な文化的背景を持つ人々が協力して一つの巨大望遠鏡計画を成功させるためには何が必要なのかということについて，参加者それぞれが考え実践する機会となっています。
（画像 © ISEE）

すばる望遠鏡ではこれから，HSC と新しい主焦点分光器（PFS ）を使って宇宙の国勢調査

TMT の国際科学検討チームは，多くの天文学研究者が TMT の未来を一緒に考えるため体をさらにくわしく調べるのに，TMT はぴったりです。すばると TMT の連携の実現に

TMT は天文学に革命を起こすと期待しています。

を行い，進化の歴史と運命を明らかにしたいと思っています。そこで見つかってくる天期待します。

村山
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第二期観測装置である MICHI（中間赤外観測装置）共同研究のためのミーティング。第二期観測装置は，TIO パートナー国の研究者と TMT の国際科学検討チームからの科学目標の要求を取り入れつつ，検討が進んでいます。MICHIの検討は日米を中心として，インド，カナダ，中国などの研究者と進められています。

斉（東京大学 教授）に設立されました。TMT では現状の望遠鏡が成し遂げられないことが可能になります。

Mark Dickinson（NSF 国立光赤外線天文学研究所）
11日本で進む製作
日本の役割分担量産が進んでいる主鏡用鏡材。夜間の温度変化によって鏡が伸び縮みしないよう，鏡の材料には，熱膨張率ゼロの特殊なガラスセラミッ
クスを用います。国外で研磨する分については，球面研削を終えた段階で，米国，中国，インドへ輸送されます。（画像 © NAOJ/OHARA）

日本は，TMT 建設経費の約 5 分の 1 を分担することを予定し，国立天文台が計画を推進しています。国立天文台では，望遠鏡本体構造の設計と製作，主鏡用鏡材すべて（交換用と合わせて分割鏡 574 枚分）の製作と，その一部（175 枚）の研磨という望遠鏡建設の重要な部分を担うほか，第一期観測装置の一部の製作を担当しています。また国内外の大学・研究機関と協力して，第二期観測装置の検討も進めています。

日本で製作された主鏡分割鏡の試作品。日本では 2013 年から主鏡材の量産を行っており，2015 年には他の TMT パートナー国・機関に先立って主鏡研磨の量産を開始しました。

第一期観測装置 IRIS（近赤外線撮像分光装置 ) の構成。
IRIS は，波面センサー部，撮像部，面分光部という独立したモジュールごとにカナダ，日本，アメリカが製作 を 分 担 し て い ま す。日 本 が 担 当 す る 撮 像 部 分 は2017 年に基本設計を終え，詳細設計が進んでいます。
各モジュールは独立に製作，組み上げ，性能評価が行われた後，撮像部と面分光部の統合試験，補償光学系との統合試験を経て，ハワイへ移送される予定です。

分割鏡交換ロボットの試作品。TMT の主鏡の反射率を最高の状態に維持するため，一日に 10 枚もの分割鏡を再メッキした予備の分割鏡と交換する必要があります。すばやく正確に，安全に鏡を交換するため，分割鏡交換ロボットが，望遠鏡本体構造の付帯設備として考案されました。
（画像 © 三菱電機株式会社）

TMT 第二期観測装置の開発研究を進める，大学の実験室。第二期観測装置の候補である，高分散分光装置，広視野補償光学，中間赤外線装置，系外惑星撮像装置などの検討と開発研究は，国内では，国立天文台および大学・研究機関の研究者が協力して進めています。
国内研究者の科学目標や装置仕様についての要求は，国立天文台の科学諮問委員会が中心となってとりまとめています。（画像提供：東北大学理学部・理学研究
科 Photo: 志鎌康平）

TMT の第２世代の装置として実現することを目指し，多数の天体を詳細に同時に調べる

TMT には、数多くの難しい技術的課題がありますが、それを克服するために、日本でで何が起こったのかを捉え，今の銀河の姿にどのようにしてたどり着いたのかを解明し一つ一つ課題に取り組み、完成に向け確実に前進しています。様々な技術を駆使し実現ことが出来る補償光学の実験を進めています。この装置を用いて，宇宙初期の銀河の中たいと考えています。

秋山
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詳細設計が完了した，望遠鏡本体構造（CG）。日本はすばる望遠鏡を製作した実績が評価され，TMT でも望遠鏡本体とそれに付帯する設備の設計と製作を担当しています。TMT をすばる望遠鏡と比べると，口径は約 4 倍で，そのまま拡大すると体積・重量は 50 倍にもなりますが，軽量化の工夫により，望遠鏡本体の重さは 5 倍程度に抑えられています。大きな主鏡によって空間分解能が高くなる分，望遠鏡の追尾と指向にはすばる望遠鏡よりも高い精度が要求されます。

正幸（東北大学 教授 /TIO 科学諮問委員会委員長）

TMT に携わる人々が持つ優れた技術が生かされています。多領域にわたる知を結集して、する最先端の望遠鏡 TMT によって得られる素晴らしい科学の成果に期待してください。
臼田 知史（国立天文台 TMT プロジェクト長）