アマチュア天文学
アマチュア天文学(アマチュアてんもんがく、英:Amateur astronomy)とは、天体を観測し、理解を深めることを楽しむ趣味である。
アマチュア天文家達は、一般的に夜間の天体イベントを見るが、日食のように日中起こるイベントもある。観測機材は望遠鏡、双眼鏡等で冷却CCDカメラ・天体用のCMOSカメラを使用する者もいる。明確な科学研究を主要な目標としていない者が多いが、一部のアマチュア天文家は変光星や二重星、太陽黒点の監視、彗星や小惑星、新星、超新星といった突発天体の発見、流星、月や小惑星による恒星の掩蔽観測等、市民科学の一大分野としてプロの天文学者に劣らない学術的貢献をしている者も少なくない。
一般的なアマチュア天文家達は、本職の天文学者とは異なり、支援や収入を得ない。また、天体物理学における専門職学位を取得しておらず、この分野の専門的な学術訓練を受けていないことも多い。そのためほとんどのアマチュア天文家は愛好家であるが、一部は天文学において高度な経験を積んでおりプロの天文学者の業務を支援したり共同で行ったりする。歴史的にも多くの"天文学者"がアマチュアの枠組みで天文学について研究してきたが、20世紀初頭頃からプロの天文学とアマチュアの活動は明確に分けられるようになった。
アマチュア天文家の多くは、ほとんどの天体や天文現象が観測できる夜に観察を行うが、日中に太陽や日食を観測することもある。肉眼や双眼鏡で空を眺める天文家も少なくないが、多くの天文家はポータブルの光学望遠鏡や個人設営・何人かの団体での天文台の天体望遠鏡を使用する。アマチュア天文家は、はアマチュア天文家同士の団体に参加することもでき、そこでは天体観測や天体の探し方などについて助言を受け、教授・案内を受けることもできる。こうした人々や団体は、科学としての天文学を一般に普及させる役割も担っている。
専門化が進んだ天文学者1人1人と比べて、アマチュア天文家は1人でも多岐にわたる種類の天体・天文現象を観測する。一般的なアマチュア天文家の対象として、太陽や月、惑星、恒星、彗星、流星群や、ディープスカイオブジェクトとも呼ばれる星雲・星団・銀河などがある。アマチュア天文学の一大分野として天体写真があり、天体や夜空を含んだ風景の写真が多く撮影されている。アマチュアによる天体写真は、デジタル一眼レフカメラや冷却CCDカメラ、天体用のCMOSカメラといったデジタルカメラの登場で撮影が簡単になってから、ますます人気となった。
ほとんどのアマチュア天文家は可視光線の波長帯を用いるが、一部マイナーな分野ではそれ以外の波長も使われる。電波天文学のパイオニアは、カール・ジャンスキーとジャンスキーが発見した宇宙からの電波を追観測するために1930年代後半に最初の専用の電波望遠鏡を建設したアマチュア天文家であるグロート・レーバーである。現在、可視光以外でのアマチュア天文学では通常の望遠鏡に近赤外線フィルターを取り付けた観測や、電波望遠鏡が用いられている。自作の電波望遠鏡を使う者もいれば、天文学者が建設するも使われなくなった電波望遠鏡をアマチュアに開放してもらう例がある。後者の例としてイギリスの1マイル望遠鏡がある。
アマチュア天文家は、それぞれの興味や割けるリソースに応じて、様々な範囲の機材を用いて活動する。方法としては単純に肉眼で空を眺めるほか、双眼鏡や様々な集光力・品質の天体望遠鏡を覗く、さらにカメラなどの高度な機器を追加するなどして、空からの可視・非可視の光を捉える。より暗い星の光を求めて、アマチュア天文家は光害を避けるため地方に遠征することもある。天体望遠鏡は新品・中古品ともに市販でも入手できるが、アマチュア天文家の間ではオリジナルのカスタムで望遠鏡を自作・製作依頼することも一般的になっており、中にはこのアマチュア望遠鏡製作を一番の趣味にしている天文家もいる。
専門的で経験豊富なアマチュア天文家は時が経つにつれてより高度な機材を欲しがることが多いが、確実性が求められる観測によっては逆にシンプルな機材を用いることもある。たとえば双眼鏡の集光力は多くの望遠鏡より劣るが、その分広い視野を得ることができるので夜空の中から手軽に天体を探す際に好まれる。近年のiPhoneをはじめとするスマートフォンには「ナイトモード」と呼ばれる露光時間を延ばして写真撮影ができる機能が実装されており、一眼レフなどの機材をセットしなくても手軽に星空の撮影ができる。
アマチュア天文家は経験や目的に応じて、単純な星座早見盤から空の狭い特定領域の詳細な図に至るまで、様々な星図を利用する。星図はアマチュア向けの天体ソフトウェアで出力される場合もあり、星図に限らず機材の制御やスケジューリング、天体現象の計算や天体写真の補助・撮影後処理など多岐にわたる用途でソフトウェアが使用されている。
アマチュア天文家は自身の観測を記録に残すことを好む者が多く、たとえば観測日誌などの形で記録される。このログはどの天体をいつ観測したか、見た姿をできるだけ詳細に記録される。この記録の中には文章のほか天体のスケッチや、近年では写真記録などが使われることもある。この情報が集まると自身の研究や、アマチュア天文家同士の交流にも役に立つ。これらは必ずしも専門的で科学的に信頼できる情報でないことも多いが、愛好家たちが新しい体験を共有する方法となっている。
アマチュアによる天体撮影の人気が高まるにつれ、撮影した写真や用いた機材のセットアップなどについて記録する個人ホームページ・ブログの数も増えていった。多くのアマチュア天文家の交流がこうしたページやメーリングリスト・インターネット掲示板で広がっていった。掲示板のサーバーは多くのアマチュア天文家をホストしている。交流に限らず、機材の売買の商取引もオンラインで広く行われている。その他にも、観測計画を立てるために夜間の天気予報なども、天体観測に向いたツールを用いて行われている。
肉眼で容易に識別できたり、星図を頼りに肉眼で見つかる興味深い天体もあるが、多くの天体はかすかで目立たないため、それらの天体を見つけるにはそれなりのテクニックを要する。多くの方法がアマチュア天文学において用いられているが、そのほとんどがいくつかの特有の基本技法の組み合わせである。
スターホッピングとは、双眼鏡や手動望遠鏡など比較的ローテクな機材を用いるアマチュア天文家が天体を導入(望遠鏡を対象天体方向に向け、望遠鏡の視野内に対象天体を入れること)する際の技法である。星図や記憶を頼りに目印となる星列を特定し、ファインダーを使いながらその星列の間にある対象天体まで望遠鏡をホップさせる。原理が単純なので、肉眼で見える星のそばに位置する天体に特に使われる。
スマートフォン向けのモバイルアプリケーションが登場すると、アマチュア天文学の分野でも多くの専用アプリが公開されてきた。こうしたアプリは、誰でもスマートフォンを空に向けるだけで、その先にある関心のある天体を簡単に見つけることができる。こうしたアプリはスマホに内蔵されているジャイロスコープやGPSを使用する。表示した天体について、天体の座標や名前、位置している星座といった役立つ情報が瞬時に表示される。無料のアプリも多いが、有料版になるとさらに情報を得ることができる。こうしたアプリケーションは観測中、望遠鏡のアライメント調整時などに使われるようになってきており、初心者だけでなく観測に慣れた人でもユーザーが多い。
目盛環とは、特に赤道儀式架台の望遠鏡において2つの回転軸に取り付けられた角度測定の目盛である。ロータリエンコーダによるデジタルの目盛環が普及したことにより、アナログの目盛環はASC(analog setting circle)と区別して呼ばれることもある。視野内に目印となる天体(明るい恒星など)を入れ、その天体の既知の座標(赤道座標で与えられている)を使用者が望遠鏡の目盛環にセットすることで一度調整すれば、見たい天体の座標を調べてその座標に向くように目盛りを見ながら望遠鏡を動かすことで、望遠鏡を適切な方法に向けることができる。
エンコーダーによりコンピューター制御された目盛環をDSC(digital setting circle)と呼ぶこともある。ASCと同様望遠鏡の向いている方向を赤経と赤緯で表示するが、単にASCの値をデジタルで読み取っている訳ではなく、架台の軸に内蔵されたエンコーダーで位置を読み取っているので、ASCよりはるかに正確に値を読み取れる。そのため、DSCの値がわずかにずれていくことを検出することにより、望遠鏡の追尾誤差を修正することもできる。DSCを搭載した架台にさらにモーターを搭載し、DSCの値を参照しながらコンピューターが自動で目的の位置に望遠鏡を向けるようにしたのが自動導入望遠鏡である。
DSCとコンピューター制御されたモーターによる自動導入望遠鏡は、1980年代に技術が進歩し低価格化が実現して以降人気になっている。自動導入望遠鏡には数万個の天体情報が収録されたデータベースが標準装備されているので、ユーザーは毎回天体の座標を調べなくても、コントローラーで天体名を指定するだけで導入ができる。コントローラーには望遠鏡が現在向いている位置と対象天体の位置が表示され、両者の距離がゼロになる、つまり望遠鏡が対象天体の方向に適切に向けられるまで望遠鏡が動かされる。使用前の較正がうまくいっていれば、望遠鏡の視野の中心に目的の天体が位置している。多くの自動導入システムでは、独立したコントローラーだけでなく、専用のソフトウェアがインストールされたパソコンに繋いで使用することもできる。
コンピュータ化されたシステムでは、高度な座標計算を常に行うことができることによる特有の機能もある。たとえば太陽系天体の天球上の位置は常に変化しているが、自動導入の望遠鏡ではいつでも太陽系天体の現在位置を算出し導入することができる。また、歳差による天体位置の変化も計算することができる。従来の紙によるデータベースでは天体の位置には必ずその位置に算出した基準時である元期が添えられ、観測日に最も近い元期の座標値を使う。この座標値を常に更新することは現実的ではないので、ほとんどの位置は50年おきにアップデートされることが多かった(例としてJ1900、J1950、J2000など)。一方で自動導入望遠鏡ではコンピューターにより、観測時刻を元期とした正確な座標が計算できるようになっている。
自動導入は手動での導入が難しい初心者に限らず、熟練した熱心な観測者にも重用されている。たとえば、自動導入を使うと導入に要する時間はスターホッピングより短く、その分長い時間を対象天体の観察に費やすことができる。また、自動導入のシステムをより製造が簡単な経緯台式架台に使うことで経緯台でも赤道儀のような天体の追尾・導入ができるようになり、こうした高度な機材をより安価に販売できることも普及に繋がった。
自動導入望遠鏡は使用前に明るい恒星を使ってアライメント・較正を行う必要があり、本当の初心者はこの作業自体がハードルとなることもあった。しかし最近のメーカーは、望遠鏡に内蔵されたGPSやプレートソルビング機能によって、この較正作業さえも自動で行うシステムを開発し販売している。これは望遠鏡の設営から観測開始までの所要時間を減らす利点があるとして熟練者の使用者も多い。
20世紀終盤のインターネットの高速化と、コンピューター制御の望遠鏡・CCDカメラの発展により、今日リモート望遠鏡は世界の主要な天文学者向けの天文台を使うことのない多くのアマチュア天文家にとって、ディープスカイとも呼ばれる非常に暗い天体写真撮影などの分野で実現している。これにより、誰でも都市部から、時には国境も越える長距離を隔てた夜空の非常に暗い場所に望遠鏡を設置し使用できるようになった。観測者は望遠鏡に繋いだCCDカメラなどのデジタル装置で天体を撮影し、集まった画像データはインターネット経由で観測者のもとへ送られる。インターネットを利用した国際的なデジタルリモート観測所の公共運用の例として、アメリカ・ニューメキシコ州のバーケット天文台や、オーストラリア、チリのアタカマ砂漠での例がある。
アマチュア天文家は銀塩写真から、デジタル一眼レフカメラ、CCD撮影などによるLRGB撮影など、様々な撮影技術を用いて天体撮影を行ってきた。CCDや近年のCMOSによる撮影は、その線型性から、デジタル画像処理によって光害の効果をある程度差し引くことができるため、都市部からの天体撮影において特に重用されている。天体が発する特定の輝線のみを通すナローバンドフィルターも、光害の影響を最小化するツールとして用いられている。
多くの場合、プロの天文学者と異なりほとんどのアマチュア天文家にとって学術研究を行うことはアマチュア天文学に関わる主目的ではない。しかし、アマチュア天文学を通じて科学的価値のある仕事を残すことは不可能ではなく、実際にこれまで決して少なくない数のアマチュア天文家がプロの天文学者の知見の基礎となるような貢献をしている。さらに言えば、天文学は科学の諸分野の中で残された数少ない、今もなおアマチュアが有用なデータを得て貢献できる分野として市民科学の中で推進されている。学界もこれを認識しており、太平洋天文学会などの学会は毎年天文学に顕著な貢献をしたアマチュアに対して賞を設立し表彰を行っている。
アマチュア天文家による科学的貢献の多くは、データ収集の分野で行われている。特にこの貢献は、限られた場所にごく少数しか稼働していないプロの大望遠鏡に比べて、世界中に散らばる大勢のアマチュアが稼働させる多数の小望遠鏡群のほうがより効果的になる分野で顕著である。このアマチュアの貢献を支援・集約・整理するための組織として、アメリカ変光星観測者協会やイギリス天文学会などがある。
アマチュア天文家による貢献は、変光星や超新星などの明るさのモニター観測や、小惑星の追観測の補助、掩蔽観測による小惑星の形状決定や地球から見た月の縁の形状の決定、未知の重星の発見などで頻繁に行われている。さらに、より高度な(それでもプロの天文学者が使用する器具よりはずっと安価な)装置を使えば、アマチュア天文家でも天体のスペクトル観測ができ、注意して装置を扱えば高品質な科学的データを得て天体の種類の同定などができる。
近年ではインターネット上で地上の大望遠鏡や宇宙望遠鏡の取得したデータアーカイブが公開されており、クロイツ群と呼ばれる彗星の発見など、そうした画像からこれまで見逃されてきた現象をアマチュアが発見する例もある。
昔から新彗星の発見はアマチュア天文家の主要で人気の分野であったが、近年は地球近傍小惑星追跡やリンカーン地球近傍小惑星探査、パンスターズなどのプロの天文学者が大望遠鏡で行う全天自動掃天観測によってアマチュアに観測できる明るさに達する前にほとんどの彗星が根こそぎ発見されてしまっている。それでも、急増光した直後の彗星や大望遠鏡の観測対象外になりやすい太陽に近い見かけの位置の彗星などが、現在もアマチュアによって発見されている。
アマチュア天文学に興味を持つ人々の集まりとして、世界中に天文学会の一覧が設立されている。団体メンバーは、自身の機材で精力的に観測に取り組む観測家から、単純に天文学に関する話題に興味を持つだけの「安楽椅子天文家」と呼ばれる人々まで幅広い。団体の活動目的や活動内容も団体それぞれで幅広く、その内容は団体の地理的広がりやその地域の状況、規模や所属メンバーなどの要因に左右される。たとえば田舎に所在し、暗い空のもとで活動できる団体はスターパーティーの開催や実際の観測を中心とした活動ができるが、大都市にできた団体の場合数多くの構成員を抱えるも光害の影響で活動内容が限られ、ゲストスピーカーを招いての講演会の開催など屋内活動が中心となることも多い。全国規模の主要な団体や国際的な団体の場合、独自の雑誌やニューズレターを発行し、定期的に複数日にわたる学会や会議のようなイベントを開くこともある。また、団体によっては月面観測や自作望遠鏡の製作など、特定の話題によるサブグループを持つところもある。
ジョージ・オルコック - 複数の彗星や新星を発見した。
トーマス・ボップ - 1995年に、当時Ph.Dを持つも職のなかったアラン・ヘールと共にヘール・ボップ彗星を発見した。
ロバート・バーナム・ジュニア(1931年 - 1993年)- アマチュア天文家の間での名著Celestial Handbookの著者。
アンドリュー・コンモン(1841年 - 1903年)- 自身で大望遠鏡を作り、天体を写真で記録することで眼視観測では見えないかすかな光も捉えられることを示した。
ロバート・E・コックス(1917年 - 1989年) - 雑誌「スカイ&テレスコープ」でコラム"Gleanings for ATMs"を21年間執筆した。
板垣公一 - 100個以上の超新星の発見(アマチュアとして世界2位)の他、新星や彗星も発見している。
ロバート・エヴァンス (天文学者)(1937年 - 2022年)- 眼視観測による超新星発見数の歴代最多記録保持者。
小林隆男 - アマチュアとしては歴代最多の2000個以上の小惑星を発見した。
クリントン・フォード(1913年 - 1992年)- 変光星観測の大家。
ジョン・エラード・ゴア(1845年 - 1910年)- 変光星観測の大家。
エドワード・ハルバク(1909年 - 2011年)- 変光星観測の大家。
ウィル・ヘイ - 著名な俳優・お笑い芸人で、土星の大白班の発見者。
ウォルター・スコット・ヒューストン(1912年 - 1993年)- 雑誌「スカイ&テレスコープ」でコラム"Deep-Sky Wonders"を50年間執筆した。
アルバート・グラハム・インガルス(1888年 - 1958年)- 「アマチュア望遠鏡製作」1巻~3巻や、アマチュア科学者の編集者。
ピーター・ジャロヴィッツァー(1966年 - )- W・M・ケック天文台が公開したデータを用いて4個の太陽系外惑星を発見した。
デイビッド・レヴィ - シューメーカー・レヴィ第9彗星など22個の彗星を発見・共同発見し、個人としては歴代最多記録を保持する。
テリー・ラヴジョイ - 天文学者による掃天観測が盛んな21世紀以降に5個の彗星を発見した他、天体写真向けにデジタル一眼レフカメラを改造する方法も開発した。
パトリック・ムーア (天文学者)(1923年 - 2012年)- BBCの長寿番組The Sky at Nightの司会で、多くの天文学についての著書を残した。
レスリー・ペルチャー(1900年 - 1980年)-  11個の彗星を発見し、60年以上にわたって計132000回以上の変光星の観測を残した。
池谷薫 (アマチュア天文家) - 池谷・関彗星 (C/1965 S1)の発見者。
関勉 - 池谷・関彗星 (C/1965 S1)のほか200個以上の小惑星の発見者。
ジョン・ピアース (アマチュア天文家)(1886年 - 1958年)-  スプリングフィールド望遠鏡製造者の経営者の1人。
ラッセル・ポーター(1871年 - 1949年)- アマチュア天文学団体の先駆けであるステラファンの設立者。
グロート・レーバー(1911年 - 2002年)- 電波天文学の創始者で、最初に専用の電波望遠鏡を設立し、最初の電波天文サーベイを行った。
アイザック・ロバーツ(1829年 - 1904年)- 天体写真の初期の専門家で、ガイド鏡によるガイド撮影などを考案した。
はくちょう座A(1939年) - 全天で最も強い電波源の1つである電波銀河。
おおぐま座T星の変光周期の減少(1995年)- アメリカ変光星観測者協会による長期の観測データから、急激に変光周期が短くなっていることが発見された。
マクニール星雲(2004年)- ジェイ・マクニールがオリオン座中に発見した、明るさの変化する星雲。
XO-1b (2006年)- 太陽系外惑星で、発見したチームは宇宙望遠鏡科学研究所が主導するも、アマチュアが4人所属していた。
NGC 5907銀河周辺の潮汐流(2008年)
ハニーの物体(2009年)- オランダの市民科学プロジェクトGalaxy Zooで発見されたクエーサー電離エコーと呼ばれる天体。
エンドウマメ銀河(2009年)- Galaxy Zooで発見された、多数の小さな青い銀河の分類名。
Kronberger 61(2011年)- ジェミニ天文台のアーカイブ画像から発見された惑星状星雲。
Speca銀河(2011年)- 二重電波源銀河核と呼ばれる特徴を持つ銀河。
2011 HM102(2013年)- 海王星のトロヤ群小惑星で、冥王星探査機ニュー・ホライズンズの経路付近に存在する天体を捜索していたチームが捜索画像を公開し行われていた市民科学プロジェクト「Ice Hunters」によって発見された。
PH1b(2013年)- 四重連星の周りを公転する系外惑星で、宇宙望遠鏡のデータから系外惑星を探す市民科学プロジェクト「プラネットハンターズ」によって発見された。
PH2b(2013年)- ハビタブルゾーンに位置する巨大ガス惑星で、これもプラネットハンターズによって発見された。
J1649+2635(2013年)- 二重電波源銀河核を持つ渦巻銀河。
イエローボール(2015年)- コンパクトな星形成領域。
9スピッチ(2015年)- 高い星形成率を持つ、遠方の重力レンズ銀河。
NGC 253-dw2(2016年)- NGC 253のそばに位置し、潮汐力を受けている矮小楕円銀河。アマチュアの小口径望遠鏡によって発見され、すばる望遠鏡で確認された。
KIC 8462852(2016年)- 原因不明の減光を繰り返すF型星で、アマチュアが最初に検出した減光も含まれる。
HD 74389(2016年)- 市民科学プロジェクトディスクディテクティブが発見したデブリ円盤を持つ星で、白色矮星を含む星系で初めて発見されたデブリ円盤例。
WISE J080822.18-644357.3(2016年)- 発見当時最古の、運動星団中にあるデブリ円盤を持つM型星。
PSR J1913+1102(2016年)- 発見当時最大の総質量を持つ中性子星連星。
SN 2016gkg(2016年)- 増光のピークが2回あった超新星。
ドナティーロI(2016年)- イタリアのアマチュア天文家によって発見された近傍の矮小楕円体銀河で、アマチュアに由来して名付けられた最初の銀河。
太陽系外彗星(2017年)- 太陽系外の彗星が主星の光を隠すことで起こった可能性のある減光が市民科学プロジェクトによって見つかっている。
K2-138(2018年)- 6つの惑星を持つ恒星で、うち5つは3:2の軌道共鳴の関係が途切れずに続いている。
PSR J1744−7619(2018年)- 電波ではなくガンマ線のみで発見された最初のパルサーで、分散コンピューティングプロジェクトのEinstein@Homeによって発見された。
スティーブ(2018年)- Facebook上のオーロラ撮影者のグループで最初の報告された大気現象。
K2-288Bb(2019年)- 連星系に属するM型星周りの、ハビタブルゾーンに位置する太陽系外惑星。
LSPM J0207+3331(2019年)- 市民科学プロジェクトバックヤードワールドが発見した年老いた白色矮星で、2種類の組成を持つデブリ円盤を付随している。
ボリソフ彗星 (2I/Borisov)(2019年)- 最初の恒星間彗星の発見例で、恒星間天体の発見例としても2例目。
Kojima-1L(2019年)- 日本のアマチュア天文家小嶋正が最初に発見した重力マイクロレンズ現象により増光を起こした恒星。発見直後から世界中の天文学者が追観測を行った結果を東京大学の研究者らが解析したところ、海王星サイズの惑星Kojima-1Lbを持つことが分かった。
WISE 2150–7520 AB(2019年)- 褐色矮星の連星で、総質量は0.1太陽質量より小さい。
GJ 3470 c(2020年)- 発見だけでなく、発見にかかるデータを集める観測に至るまで全てアマチュア天文家による太陽系外惑星。ただしまだ確認はされておらず、候補のままである。
(3200)ファエトンの大きさ(2021年)- JAXAの探査計画DESTINY+の対象天体であるフェアトンの大きさが小惑星による恒星食を用いて日本などで観測され、精密に大きさが決定された。
うお座VII/さんかく座IIII(2022年) - アンドロメダ銀河の伴銀河で、かつさんかく座銀河の伴銀河である可能性のある矮小銀河。
さそり座U星 - およそ10年おきに爆発する新星で、2010年の爆発はアメリカ・フロリダ州のアマチュア2人が、直近の2022年の爆発は日本のアマチュア森山雅行が最初に発見した。
チャンブリスアマチュア功労賞 - アメリカ天文学会による
天体発見賞・天体発見功労賞・天文功労賞 - 日本天文学会による
巨人の星賞 - 佐藤勲による
山本一清記念学術奨励賞 - 東亜天文学会による