Subaru /TMT Science Book

第4

すばる望遠鏡と章
ＴＭＴの科学戦略

Chapter 4

4 .1

今後の科学戦略

ここでは第 3 章にまとめられた、すばる望遠鏡と TMT銀河研究のための大規模探査計画が準備されている。
計画としては、1400 平方度の領域に対し赤方偏移 2.4までの銀河約 400 万天体のスペクトルを取得し、宇宙論モの連携によって進めるべき科学観測を、実際に実行する

デルに対する決定的な制約を加えることが提案されていべき戦略としてまとめる。特に TMT 建設期である 2020 年

る。また、銀河系やその周辺の銀河の星の分光観測から、代のすばる望遠鏡での探査プロジェクトの推進、TMT 初銀河形成と暗黒物質の性質の解明とそれを通じたΛ CDM

期運用期である 2030 年代初頭の TMT の第一期装置群に（ラムダ コールドダークマター）モデルの検証が提案されよるすばる望遠鏡で見つかった課題の解明の観測、TMTている。銀河進化の研究においては、赤方偏移 5 程度まで

本格運用期である 2030 年代の TMT とすばる望遠鏡を連の銀河約 30 万天体の分光観測により、星形成史や化学進携した独自性の高い観測の推進、という 3 つの時期と観点

化、AGN 活動など銀河の基本的な性質の関連を解明するに分けて提案する。

ことを目指している。

4.1.1.

300 夜あるいはそれ以上の観測を 2022 年から約 6 年で進める計画が、7 つの国と地域にまたがる 23 研究機関か

2020年代～すばる望遠鏡による探査プロジェクトの推進
TMT の建設期にあたる 2020 年代には、TMT との連携を見据えつつ、すばる望遠鏡が観測計画を進めることになる。すでに多数の探査およびプロジェクト観測の計画が提案されている。主な計画とその科学目標を整理したものを表 4.1.1 に示す。これらの多くは、2030 年代初頭に本格運用が予定されている TMT で初期成果をあげることにつながるものである。すでに観測計画が具体化されているものから、今後の装置開発・大幅アップグレードを前提にしたものまで幅があるが、ここでは観測の実施時期を想定しつつ、主な計画を概観する。

82

カバーする極めて強力な観測装置であり、宇宙論およびらなる国際チームにより準備されている。この計画で得られる科学的成果は TMT での研究につながるとともに、得られる多数の銀河と星の低・中分散スペクトルからは、より直接的に TMT の観測ターゲットが供給されることにな
ると期待される。

4.1.1.2. HSC による超広視野探査
2014 年から HSC の戦略枠観測が継続して実施されている。すばる望遠鏡の 330 夜を投入して進められているこの観測は、Wide / Deep / UltraDeep の 3 つのレイヤーからなり、Wide レイヤーでは 1400 平方度を 26 等級（r バンド、
5 σ）の深さで多色撮像しようという、かつてない広さと深さを実現する探査である。2020 年代以降も HSC による大規模撮像観測を行うことは、広視野探査を主たる特徴

4.1.1.1 PFS による大規模分光探査
PFS は 2022 年からの運用開始を予定して装置製作が進められている。8 m 級望遠鏡では他に例をみない広視野ととする今後のすばる望遠鏡にとって当然検討されるべきファイバー本数で可視光だけでなく近赤外線の一部までためにも、HSC による次世代の広視野サーベイ計画をさSubaru / TMT Science Book

であり、例えば 3.3.2 節では 8000 平方度の広天域サーベイが提案されている。後述する時間軸天文学と組合せる

PFS による大規模分光探査

目的１

宇宙の密度揺らぎから探るダークエネルギー（3. 3. 2 .1）

目的３

銀河系と近傍銀河の星の観測による銀河系考古学（3. 2 . 5. 2 ; 3. 2 . 5. 3）

目的２

目的４

規模・夜数

HSC 超広視野探査

宇宙のバリオン地図の作成（3. 2 . 3. 2）
銀河統計的探査（3. 2 . 4 . 4）300 夜以上

目的１

ダークエネルギー状態方程式の精密測定（1 %）（3. 3.1. 3 ; 3. 3. 2 .1）

目的３

強重力レンズの統計的探査（3. 3. 2 . 2）規模・夜数8000 平方度

目的２

目的４

銀河系最外縁部構造の解明（3. 2 . 5. 2）

太陽系小惑星の深探査、惑星大移動モデルの解明、初代クェーサーの探査（3.1. 2 . 2 ; 3. 2 . 2 . 2）

HSC 時間軸天文学・マルチメッセンジャー天文学

目的１

目的２

規模・夜数

重力波天体の光学同定、放出物質の解明（3. 3. 3. 2 ; 3. 3. 3. 3）

ニュートリノ天体の起源解明（3. 3. 3. 4）
随時観測

ULTIMATE WFI による近赤外線深宇宙撮像探査

目的１

宇宙初期（z>10）の銀河の探査（3. 2 .1. 2）

目的３

宇宙初期の超新星爆発（対不安定型超新星爆発）の探査（3. 3. 3.1）

目的２

大質量銀河形成史の解明（3. 2 . 4 . 2）

規模・夜数

５年間で約100 夜

目的１

重力マイクロレンズ法の視差効果（HSC/ULTIMATE）による系外惑星探査（3.1.1. 4）

WFIRSTと広視野フォローアップ連携

目的２

規模・夜数

PFS による測光赤方偏移較正（3. 3. 2 .1）
100 夜程度

neo-IRDによる晩期M型星周りのハビタブル系外惑星探査

目的１

目的２

規模・夜数

ハビタブル地球型惑星の統計的サンプルの構築（3.1.1. 2）

雪線以遠の系外惑星の網羅的探査（3.1.1. 4）
長期モニター観測SCExAO による大規模直接撮像サーベイ観測

目的１

規模・夜数

雪線付近の系外惑星の直接撮像探査（3.1.1. 4）
検討中

表 4 .1.1：すばる望遠鏡を用いた探査およびプロジェクト観測の候補リスト。各科学目的には対応する節の番号を示してある。

らに具体化していくべきである。

し、かつ多天体分光観測も実施する。これにより、赤方

HSC は重力波や高エネルギーニュートリノが検出された偏移 10 を超える初代銀河の探査や、大質量銀河の形成史

際に、起源天体を光学同定するうえで強力である。HSCの解明に挑む。また、高赤方偏移の超新星爆発を探査し、による探査観測が継続的に行われている間、こういった突

対不安定型超新星のような初期宇宙の時間変動天体を探

発天体の出現に対応した観測を実施する。HSC の観測そ査する。

のものから超新星を多数検出することとあわせて、これらの時間軸天文学・マルチメッセンジャー天文学は、TMT

HSC・PFS に 続 き、ULTIMATE も 2020 年 代 後 半 に
100 夜規模（最大 300 夜程度）の時間を投入して大規模観運用開始後はそれによる分光フォローアップ観測と連動す

測を実施する計画が提案されている。特に重要となるのることでユニークな成果を得ることを可能にする。

が、2020 年代に打上げが予定されるスペース望遠鏡では4.1.1.3. ULTIMATE による近赤外線探査

実現できない広視野の K バンド、および近赤外線の多彩なナローバンド・ミディアムバンドを組み合わせた撮像探

高赤方偏移天体の観測には、当然ながらより長波長域査である。数平方度から 10 平方度を 26 等級程度でカバーでの観測が必要となる。HSC と PFS で推進する可視光でする広域探査に加え、0.5 平方度〜1 平方度の同じ領域をの広視野撮像・分光観測に対応し、近赤外線で広視野観

K バンドで繰り返し観測することで、遠方宇宙の時間変動測を実現しようと計画されているのが ULTIMATEである。

天体を探査する計画が提案されている。後者は全データ

ULTIMATE は広視野補償光学の実現を目指す計画で、視を足しあげることで、最終的にはかつてない深さの K バン

野 200 平方分角にわたって星像を改善し、8 m 級望遠鏡のド帯の深撮像データを提供することができる。これは波長近赤外線観測ではこれまでにない広視野探査能力を獲得

2µm より短波長での観測に特化された欧州のユークリッ

第4章

すばる望遠鏡と TMT の科学戦略83ド衛星（Euclid）や米国の広視野赤外線サーベイ望遠鏡（WFIRST）などのスペース望遠鏡ときわめて親和性が高
いものである。

4.1.2.
2030年代初頭～すばる望遠鏡の成果を踏まえて推進するTMT 初期観測

4.1.1.4. WFIRST との連携
2020 年代半ばに打ち上げが計画されている WFIRST は第一期観測装置を活用していち早く科学成果を得ていく

赤外線広視野探査を計画しており、地上からの可視光広ことが重要となる。そのためにすばる望遠鏡の探査観測

視野撮像・分光観測との連携はユニークな観測成果を生の成果をふまえて、TMT による観測を入念に準備する必

み出すことが期待される。WFIRST による広域銀河探査要がある。TMT の第一期観測装置として予定されている

2029 年に予定されている TMT の科学運用開始以降、に対し、すばる望遠鏡は測光的赤方偏移の測定精度の向3 つの観測装置ごとに期待される観測とそれにむけた準備上等で貢献する。WFIRST は重力マイクロレンズを用いを整理する。

た低質量の太陽系外惑星（系外惑星）を多数検出すること
同時観測は惑星系の質量決定に重要な役割を果たす（3.1.14.1.2.1. IRIS
IRIS は近赤外線で回折限界の撮像・分光観測を行う装節）。広視野観測による銀河の研究においては、WFIRST

置であり、様々な観測対象とテーマに活用される。特に高とすばる望遠鏡は波長域と感度の点で相補的な関係にあ

感度の分光観測や、高解像度を活かした位置天文学におる（3.2 節）。

いて抜群の観測性能を発揮する。

が期待され、すばる望遠鏡の可視光・近赤外線撮像との連携観測は、WFIRST の打ち上げ時期によるが 2020 年

太陽系外惑星（系外惑星）の研究においては、IRIS によ

代後半に実施することが計画されている。重力マイクロレ

る面分光観測を行うことで、系外惑星の検出と大気の成分

ンズを用いた系外惑星の研究は同時観測が重要となるたの測定を行う。これは後述する MODHIS とは異なり、惑

め、同時期にすばる望遠鏡で対応する観測装置が稼働し星の直接観測を行うものであり、第 2 期観測装置がめざすている必要がある。

より本格的な系外惑星大気の研究につながるものである

4.1.1.5. 近赤外線ドップラー観測によるハビタブル惑
星探査2019 年から IRD による M 型矮星まわりの系外惑星の探（3.1.1 節参照）。
遠方銀河の観測においては、重要な輝線が近赤外線領
域に入ってくるような高赤方偏移の天体の高感度分光観測において威力を発揮する。特に赤方偏移 6 以上の天体査が実施されている。これにより地球サイズの系外惑星のライマンα輝線やヘリウム輝線の観測により、初代星やがハビタブルゾーンに検出されることが期待されている。

初代銀河の同定に挑む（3.2.1 節参照）。

発見される天体は将来の TMT の観測ターゲットとしてもまたマルチメッセンジャー天文学においても、初期宇宙重要である。現在の探査計画終了後には、IRD の感度をにおいて期待される対不安定型超新星の同定や、すばる

向上させ、多様な系外惑星における生命存在可能性を調望遠鏡 HSC などで光学同定される重力波天体の分光観測

査することができるように探査を拡張することが提案されを実施する（3.3.3 節参照）。

ている（3.1.1 節）。

IRD の運用およびその機能向上は、TMT の MODHISの開発とそれを用いた研究につながるものである。

4.1.1.6. 極限補償光学による系外惑星直接撮像
系外惑星の直接撮像および検出された惑星の分光観測
は、系外惑星とそこでの生命活動の調査に決定的な役割を果たす。現在、すばる望遠鏡では超高コントラスト補償

このほか、銀河系中心の超巨大ブラックホール近傍における星形成や物理法則の検証においては、IRIS によりブラックホール周りの星の位置・運動の精密測定を行う（3.2.5.4 節参照）。また、すばる望遠鏡 HSC などで見いだされた高赤方偏移クエーサー候補天体の分光追跡観測（3.2.2 節参照）、さまざまな時代の銀河の進化過程をさぐるための面分光観測も期待される（3.2.4 節参照）。

および SCExAO と IRD を結ぶなどの新たな開発が精力的

4.1.2.2. WFOSWFOS は可視光の多天体分光観測を行う基盤的装置でに行われている（3.1.1 節）。これらはすばる望遠鏡によるある。

光学システム SCExAO とコロナグラフ装置を用いた観測、

系外惑星研究を推進するとともに、TMT の系外惑星観測

特に様々な赤方偏移の銀河の分光観測を行うことによ装置 PSI につながる開発としても重要な役割を果たすと期

り銀河間物質の分布を測定し、宇宙の大規模構造・バリ待される。

オン地図の作成を行う（3.2.3 節参照）。また、宇宙における星形成の最盛期における銀河・銀河間物質の相互作用を解明する。

84

Subaru / TMT Science Book

マルチメッセンジャー天文学においては、すばる望遠

自身によるモニター観測で現象を検出できる。これらの天

鏡 HSC などで光学同定される重力波天体やニュートリノ

体や現象に対して、TMT を用いて高解像度撮像や分光で対応天体の可視光分光追跡観測が TMT に期待されるが、の追跡観測を実施する。

WFOS はその中心的な役割を担う（3.3.3 節参照）。

一方、遠方銀河や銀河系内の星における重要天体候補

また、銀河系をはじめとする局所銀河群における星のをすばる望遠鏡による広視野探査で検出し、これを TMT

分光観測により化学組成や視線速度の測定を行い、衛星で分光観測するという連携は幅広く行われると期待でき銀河の降着過程や矮小銀河の暗黒物質分布の解明を行うる。そのためには、2020 年代に行われるすばる望遠鏡に（3.2.5 節参照）。

よる探査観測を、装置性能の向上をはかりながら拡充しこれらの銀河の研究においては、すばる望遠鏡の HSCていくことが重要となる。

や PFS による広視野撮像・分光観測で選ばれた天体や領

また、長期的な時間変動を起こす天体については、す域の観測を実施することにより、類を見ない研究成果を得ばる望遠鏡で長期モニターを実施し、これによって見いだ

ることが期待できる。

された重要天体や重要な観測時期に TMT の観測時間を割

4.1.2.3. MODHISMODHIS は近赤外線において高分散分光を行う装置でりあてるという連携も期待される。
このほか、2030 年代に登場してくる X 線や赤外線等の様々な波長での観測装置、とくにスペースミッションで新あり、補償光学装置とともに用いてコンパクトながら高い

たな天体や現象が検出されると期待される。その光学同波長分解能を実現し、高精度の視線速度測定を可能にす

定をすばる望遠鏡で行い、TMT の高感度分光観測につなるのが特長である。すばる望遠鏡 IRD の発展と位置付けげるという連携も期待できる。こういった観測は、物理分ることもでき、装置開発の面でもすばる望遠鏡との連携が野や惑星科学分野への波及も期待できるものである。

重要となる。
この性能を活かし、地球サイズの系外惑星の視線速度法による同定や、トランジット分光観測により系外惑星のこのように、2030 年代にはすばる望遠鏡の役割はよりいっそう広視野および長期的な探査に移行すると見込まれる。そのための観測体制の整備が必要である。

大気組成の測定を行う（3.3.1 節参照）。これらは、系外惑星における生命存在可能性の探査における中心的な課題である。また、赤外線領域における高波長分解能を活かし、原始惑星系円盤の観測により、惑星形成を左右す
る雪線の同定や円盤の消失の解明に威力を発揮すると期待される（3.1.3 節参照）。

4.1.3.
2030年代～TMTの本格運用とすばる望遠鏡との連携
2030 年代には TMT が本格運用に入り、第一期観測装

4.2 すばる望遠鏡とTMTの運用
望遠鏡が大型化し、国際協力で少数の望遠鏡のみ建設
可能な状況となると、望遠鏡時間をより効率的に使用できるような運用の工夫が重要となる。すばる望遠鏡と TMTの連携により独自性の高い観測成果を生み出すことを目指す日本においては、それにむけた共同利用運用や国際協力のありかたの検討を深め、実行に移していくことが重要である。

置に続いて多彩な観測装置が搭載される。これを活かし

4.2.1.

て多様な科学的成果を得ることが期待される。第二期観すばる望遠鏡の運用ビジョン

測装置としては、可視光の高分散分光器や中間赤外線の撮像分光装置、極限補償光学を用いた太陽系外惑星観測装置などが提案されており、開発の優先順位が今後つけられていく予定である。

4.2.1.1. 観測の実施スタイル
すばる望遠鏡は、採択された観測プログラムに対して観測日を割りあて、観測者が現地に足をはこんで観測を実

このなかで日本の研究者が独自性の高い研究成果を得施するという形（クラシカル観測）で運用をスタートした。

ていくには、すばる望遠鏡と TMT を一体的にとらえて科

これは観測者が責任をもって観測時間を最も有効に使うた

学観測を進める連携が重要である。

めの工夫を行うことを促すものであり、多くの研究者が観まず、マルチメッセンジャー天文学においては、両望遠

測手順や装置に精通する機会となってきた。一方、観測鏡を同時に運用することによって成果が期待される。すな

スケジュールが固定されるため、天候などの条件の変化にわち、重力波やニュートリノ、ガンマ線バーストの検出を対応して最適な装置や観測天体を選択することができなくうけ、すばる望遠鏡による広視野探査によって光学対応なるという点がデメリットである。観測の効率化を図る観天体を同定する。超新星爆発については、すばる望遠鏡

点から、他の大望遠鏡では、高評価を得た観測プログラ

第4章

すばる望遠鏡と TMT の科学戦略

85

リモート観測の割合の推移
70%

100%

60%
50%

80%

40%

60%

30%

40%

20%

20%

10%
0%

S14A S14B S15A S15B S16A S16B S17A S17B S18A S18B S19A

三鷹リモート観測のみ

三鷹リモート観測を含む

0%

S07-S09

S10-S12

S13-S15

S16-S18

ノーマル

サービス

時間交換

戦略枠

図 4 . 2 .1：三鷹からのリモート観測の割合の推移。S15 A（2015 年前期）
までは三鷹からのリモート観測はサポートの位置づけで、観測の責任者
がハワイを訪問することとなっていたが、S15B（2015 年後期）からは三鷹からの参加のみで観測を実施することが認められた。現在では三鷹リモート観測が約半数となっている。

図 4 . 2 . 2：観測プログラムの種類別の夜数割合の推移。3 年（6 期）の合計で示している。共同利用に占める割合であり、観測所時間やハワイ大学の時間は除いている。時間交換はジェミニ望遠鏡・ケック望遠鏡との観測時間交換の合計。2009 年から戦略枠観測が始まり、現在では共同利用の約 2 割を占めている。

ムを評価点や観測条件を考慮して観測所が順次実施する示す。これまでは戦略枠観測の割合は 2 割程度であるが、方式（キュー観測）をとるケースが増えてきている。また、

今後 PFS を用いた戦略枠観測プログラムが実施され、他クラシカル観測であっても望遠鏡サイトに足を運ぶのではの戦略枠観測と重なる時期に入ると、その割合は 3 割以上なく、山麓の観測所施設あるいは自身の研究機関から観測に達すると見込まれる。特に暗夜の観測時間は戦略枠のを実施するリモート観測とする天文台も多い。

割合が非常に高くなる可能性がある。

すばる望遠鏡も、山麓施設あるいは国立天文台三鷹

すばる望遠鏡は、広視野観測機能だけでなく、マウナ

キャンパスから観測者が観測を実施するリモート観測を取ケアの優れた環境を活かした高空間分解能観測や幅広いり入れてきた（図 4.2.1）。また、短時間のプログラムは波長域での観測において小規模でも独自性の高い研究を観測所が観測を実施する「サービス観測」とするとともに、実施できる条件を備えている。限られた観測時間のなか

HSC の運用では本格的にキュー観測を取り入れている。

で、大規模探査プログラムと小規模一般共同利用プログ

今後、すばる望遠鏡は大規模探査プログラムにこれま

ラムのバランスをどうとっていくのかは、今後の研究動向

で以上に重点がおかれることから、キュー観測中心の運をみながら継続的に検討していく必要のある課題である。

用に移行し、科学的成果の最大化をはかりつつ運用を効率化することが望まれる。また、観測装置やプログラムによってはクラシカル観測の必要性も残ると想定されるが、その場合もリモート観測を基本とし、柔軟なスケジューリ
ングに対応する必要がある。

4.2.1.2. 大規模探査プログラムと小規模一般共同利用プログラムのバランス
今後のすばる望遠鏡の運用においては、広視野観測機
能を活かした大規模探査プログラムの重要性が増してく

86

観測プログラム別の夜数割合の推移

4.2.1.3. 国際協力の推進～観測時間交換と国際共同運用
ファーストライト以来、主焦点観測装置をはじめとして多彩な観測装置を駆使して成果をあげてきたすばる望遠
鏡には、国外からも注目と期待がよせられ、国際協力での観測プログラムや装置開発が多数行われてきた。現在進行中あるいは今後期待される国際協力でのプログラム・装置開発の一部を 4.1 節で紹介したが、今後は望遠鏡運用を含めてより国際協力の重要性が増してくる。

る。実際、4.1 節で見たように、重要性および緊急性の高サイエンス面では、特色をもった地上・スペース望遠鏡

いプログラムが次々と計画・提案されている。一方、長期との協力によりすばる望遠鏡単独では成しえない成果が的な天文学及び関連分野の発展のためには、個々の研究期待される。国内の研究者で十分カバーされていない分

者や研究グループのアイデアや経験に立脚した小規模観

野の海外者との協力により、新しいアイデアですばる望遠

測プログラムの機会を確保し、新しいテーマや研究分野

鏡の機能を活用することも期待できる。

を広げ、発展させていくことも重要である。例えば、現在観測所の運用面からも国際協力は重要である。すばる

では多くの天文台で大規模に取り組まれているドップラー

望遠鏡はファーストライト以来、多数の観測装置により法による太陽系外惑星探査も、当初は観測装置に工夫を多様な観測機会を提供してきたが、観測装置の大型化も凝らして地道に観測に取り組んでいた小さな研究グルー

あり、すべてを維持し、頻繁な装置交換を実施すること

プの成果から発展してきたものと言える。すばる望遠鏡のは困難となっている。南半球からの観測を含めて多様な観測プログラムの種類別の夜数割合の推移を図 4.2.2 に観測機会を確保するには、ジェミニ望遠鏡やケック望遠

Subaru / TMT Science Book

鏡など、他の望遠鏡と観測時間の交換を行い、それぞれ台（三鷹キャンパス）からの観測を可能にすることが考えに特色のある観測装置を利用できる仕組みを作ってきたられ、そこではすばる望遠鏡のリモート観測との一体化も（図 4.2.2）。今後はすばる望遠鏡の特色である広視野観測想定できる。

機能への重点化のためにも望遠鏡時間の交換はより重要と

一方、採択され、時間が割り当てられた観測プログラなる。マウナケアの天文台との協力はとりわけ重要である。

ムを観測所（TIO）スタッフが実施するサービス観測も予

さらに、望遠鏡運用そのものも国際共同で行うことが検定されている。さらに、審査によって優先度の順位付けさ討され、すでにいくつかの国と協議も行われている。このれた観測プログラムを、優先度とシーイングや観測条件になかでは、TMT 参加国間での協力の強化が期待される。

応じて TIO スタッフが実施するキュー観測も取り入れてい共同運用の中でサイエンス面や装置開発での協力を強化

くことが予定されている。

していくことは最重要であるが、運用への参加の仕組み

また、天体現象等であらかじめ観測時期を決めて行うや観測時間配分の考え方、さらには国際共同が拡大して観測（Time Critical Observing）や突発天体の観測等、タいった場合の意志決定の仕組みなど、協議のなかで具体

イミングに応じて観測プログラムを実施する ToO（Target

的に検討を進めていく必要がある。

of Opportunity）観測の枠組みも予定されている。

4.2.2.

4.2.2.3. データアーカイブとデータ解析
TMT で取得されたデータ（生データ）は TIO によって

TMTの運用ビジョン

恒久的に保存され、観測者もしくは各国で優先的に使用

4.2.2.1. すばる望遠鏡と TMT の一体的な共同利用
運用
TMT の運用は TMT 国際天文台（TIO）が担う。観測時の利用や解析済みデータの提供は各国の責任で行う。

間は建設期の貢献と運用費の支出に応じて参加国・参加

ミュレータやデータ解析パイプライン等）は TIO で整備さ機関ごとに割り当てられ、そのなかで実施される観測プロ

れ、TMT 参加国・機関と共有化される。これらを活用しグラムの選択・時間割付は各国・各機関が行い、観測のつつ、日本の観測時間による成果の最大化のために、解準備・観測の実施・データ処理等は、TIO が供給するツー析済みデータの提供を行うことが重要となる。データの配ルとサポートを得て、観測者が実施する。日本の貢献は布や国内向けのアーカイブは、すばる望遠鏡のデータの約 2 割であり、これに応じた観測時間が割り当てられる見扱いと一体化するなどの工夫で、利用者の利便性を図る。

込みである。

できる期間の経過後に公開される。優先期間内のデータ
観測とデータ解析を支援する基本的なツール（観測シ

者が先端的かつ独自性の高い観測成果を生み出すには、

4.2.2.4. TMT キーサイエンスプログラム
一方、TMT の運用の検討においては、すばる望遠鏡で既に導入されている戦略枠観測のように、TMT の能力をすばる望遠鏡との連携が鍵であり、これを実現するため最大限に活かした大規模、あるいは長期にわたる観測なの方策のひとつとして、TMT の日本の観測時間を用いたどを可能にするために、国の枠を超えたキーサイエンスプ

共同利用とすばる望遠鏡の共同利用と一体的に実施する。

ログラムの導入も議論されている。この枠組みをどの規模

具体的には、現在のすばる望遠鏡の共同利用で行っていにするべきか、いつから開始すべきか、日本はどのようにる観測提案の募集・選考、観測者への観測準備支援、観関与し、貢献していくのか、といった点は今後、慎重に検測データ配布、データアーカイブ、データ解析支援の枠討を進める必要がある。

日本においては、TMT の観測時間は基本的に共同利用観測に供される。3 章までに見てきたように、日本の研究組みを活用し、TMT の観測およびデータの取り扱いもこれに取り込むことを予定している。これにより、利用者は4.2.3.

すばる望遠鏡の利用経験を活かして TMT の観測にすぐに

TMTにつながるすばる望遠鏡での装置開発取り掛かることが可能になるとともに、両望遠鏡を活用した提案を行うことも容易となる。

TMT の運用が本格化する時代のすばる望遠鏡は、連携した観測を実施するという科学的な面にとどまらず、

4.2.2.2. TMT の観測モード
TMT の観測は、まずは提案者に時間を割り当て、提良いサイトにある大型望遠鏡を用いて開拓する、という技

案者が観測を実施するクラシカル観測が想定されている。

術開発の面でも重要な役割を果たす。最先端の技術の実

TMT に搭載する装置に必要な最先端の技術を観測条件の

ただし、観測者は現地に足を運ぶのではなく、リモート観証においては、個別の要素技術の成立性を試験的な観測測が基本となる。リモート観測はヒロの山麓施設もしくはによって示すだけではなく、大型望遠鏡を用いた科学的各国の機関から行う。日本においては、まずは国立天文な観測を行い、新しい成果を世界に先駆けて示すことも

第4章

すばる望遠鏡と TMT の科学戦略87

図 4 . 2 . 3：すばる望遠鏡のREACHでは極限補償光学とコロナグラフで主星の光を低減し、シングルモードファイバーに結合した分光器で、高安定の高分散分光を行う。主星光の低減とドップラー効果による波長シフトを組み合わせ、惑星の微弱な吸収線を捉えることが初めて可能になる。

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重要となっている。すばる望遠鏡で検討が進んでいる補可能となる。TMT の極限補償光学を実現する上では多素

償光学や観測装置群の整備と開発は、それ自体が TMT に子の可変形鏡を開発することが必要である。すばる望遠

向けた最先端の技術の実証であるだけでなく、特にナス鏡の極限補償光学 SCExAO プロジェクトでは 2000 素子

ミス焦点を活かして将来の最先端の技術を取り入れるプの可変形鏡が用いられているが、TMT の場合にはその 16

ラットフォームとなるという意味でも期待される。

倍以上の素子数の可変形鏡が必要となる。SCExAO プロ

TMT の第一期観 測装置として搭 載が 決まっている
MODHIS は、補償光学を用いて補正した星の光をシンジェクトでは MEMS 技術を用いた多素子可変形鏡を実証してきたが、さらに多素子かつ大きな可変量を可能にする

グルモードファイバーに導入することで、コンパクトな

静電アクチュエータ構造の可変形鏡の実証に向けたアッ装置で高安定の赤外線高分散分光を可能にする計画であ

プグレードも検討が進んでおり、このようなすばる望遠鏡

り、太陽系外惑星（系外惑星）の視線速度探査や透過光での開発実証は PSI に必要な技術に直結するものとなる。

分光による惑星大気中の分子の検出での活躍が期待され

TMT を用いた宇宙初期の銀河の分光探査観測や銀河る。開発要素として、高安定性の分光器の実現、シング構造の確立過程を解明する観測においては、広視野に存

ルモードファイバーへの高効率での光結合の実現、赤外在する多数の天体を同時に高空間分解能で観測する多天線での地球大気分子による吸収線の高精度の除去の実現

体補償光学を搭載した赤外線多天体面分光器 IRMOS がが挙げられる。すばる望遠鏡の IRD で取り入れられたセ

威力を発揮する。多天体補償光学は複数のレーザーガイ

ラミック光学ベンチを用いた温度変化の影響を最小限にド星を用いた波面測定によるトモグラフィー補償光学を抑えた分光器は、高安定性の分光器を実現する技術とし基盤技術としており、すばる望遠鏡で行われているトモて MODHIS への応用が可能である。また開発が進められグラフィー補償光学 ULTIMATE-START や地表層補償光ている SCExAO と IRD をシングルモードファイバーで結学 ULTIMATE-Subaru の開発はトモグラフィー補償光学

合する REACH（図 4.2.3）は、極限補償光学によって大の確立を通して IRMOS の開発に直結するものと期待され型望遠鏡の回折限界像をシングルモードファイバーに結る。さらに ULTIMATE-Subaru で導入が想定される可変合することで、ノイズ源となる恒星光を極限まで小さく抑副鏡は TMT においては初期の導入の予定はないが、すば

え惑星光を分光することを可能にし、また Neo-IRD による望遠鏡においてその技術が確立し、性能が実証されれる視線速度測定の安定性をも大幅に向上させる計画であば、TMT の性能を向上する機能として導入へと議論をす

り、MODHIS の実現に直結する技術として要素技術の確すめる基盤となる。

立が期待される。さらに、赤外線での高分散分光においすばる望遠鏡のナスミス焦点で進められている、補償ては特に地球大気分子の吸収線の影響を除去することが光学の後ろに搭載される多数の装置を瞬時に切り替える

精密な視線速度決定や分子検出の鍵となるが、IRD あることを可能にするナスミスビームスイッチャー光学機構のいは Neo-IRD のデータ解析を通じて解析手法を確立する

開発は、TMT に向けた装置開発のプラットフォームを整ことで、MODHIS を用いて得られる観測データの科学的備し提供する上で重要である。ナスミス焦点の重力的に解析においても世界をリードすることが期待される。

安定した環境の上で、補償光学で補正された光をフィー

TMT の大口径を活かした系外惑星の探査を行うためには、第 2 期装置として提案される極限補償光学を中心とする PSI を実現することも必要である。例えば MODHIS
は初期運用においては初期補償光学 NFIRAOS と結合した運用が想定されるが、PSI の極限補償光学と結合する

ドするポートを準備することで、大学などで開発された最ことで、透過光分光においてはより高い結合性能を達成を解明する装置として重要とされており、すばる望遠鏡ナ

し、さらに系外惑星自体を分離して高分散分光することもスミス焦点での開発と導入を経て、TMT での装置開発へ

Subaru / TMT Science Book

先端の技術を取り入れた小型の観測装置を持ち込んで観測を行うことを可能にする。例えば可視光から赤外線までを同時にカバーする広波長域の高感度の分光器の開発
は、マルチメッセンジャー天文学で見つかる天体の正体

とつながっていくことも期待される。

ら、日本が主要な役割を果たすすばる望遠鏡と TMT によ

TMT では、第一期観測装置以降の装置開発・搭載は、科学諮問委員会（SAC）を中心にその科学的重要性や実現可能性などを評価し、TIO として計画を決定して進められる研究課題の明確化と、その実現にむけた国際協力を含む道筋の検討に取り組むことが重要である。本書がその一歩となることを期待する。

る。日本として科学的成果の優先度を議論し、観測装置を選択し、SAC に提案し、TIO の計画に反映していく必要がある。独自の技術開発や先行研究の結果に基づいてTIO に対して説得力のある提案を構築する上でもすばる望遠鏡での実証試験観測の重要性は高い。

る望遠鏡とTMTの連携：
4.3 すば
今後の展望と課題
本書では、2020 年代以降の天文学および関連分野のなかですばる望遠鏡と TMT の連携で切り拓かれる科学研
究、およびそれにむけた装置開発や望遠鏡運用計画などについての検討をとりまとめた。両望遠鏡の研究対象は幅広いが、本書では太陽系外惑星、銀河の形成と進化、および宇宙論・マルチメッセンジャーの 3 つに大別して主要な研究対象と観測計画を報告してきた。現時点においてもすでにいくつもの重要な研究課題があがっており、これをもとに今後さらに観測計画を練っていくことが重要である。
その作業にあたっては、これから活躍が期待される関連分野の観測施設による研究動向を注視し、最新成果を取り込んでいくことが重要である。2020 年代には JWSTが稼働し、高感度赤外線観測により多方面で成果をあげることになる。この望遠鏡によって実際に何が見つかり、どんな研究が成し遂げられるのか見極めながら、すばる
望遠鏡と TMT の観測計画に反映させていく必要がある。
同じく 2020 年代に稼働する LSST は、時間軸天文学において画期的な観測施設となるであろう。南半球に建設される LSST に対して、すばる望遠鏡とともに TMT は北半
球に建設されるが、観測領域には大きな重なりがあるとともに、LSST サイトとは経度が違うことから発見された天体を時間をおいて追跡観測できるという面もある。時間軸
天文学の進展を踏まえて、すばる望遠鏡と TMT の運用形
態も継続的に検討を行っていく必要がある。
すでに稼働し、大活躍しているアルマ望遠鏡について
も、2020 年代にはアルマ 2 プロジェクトとしてアンテナ展
開範囲を拡大して解像度を上げるとともに、新受信機の搭載で感度・周波数帯域と視野を向上させるなどの大幅な観測性能の向上を計画している。これに対応する高解
像度・高感度の赤外線観測の必要性はますます高まると期待される。
これらの計画に引き続き、WFIRST や SPICA といった計画もあり、これらの計画との関係は本書でも一部触れられた。これらのプロジェクトやミッションの動向をみなが

第4章

すばる望遠鏡と TMT の科学戦略89