第6章天文学の観測装置Astronomical Instruments

Since Newton’s time, when the sizes of the mirrors in telescopes were measured in inches, reflecting telescopes have grown ever larger. In 1948, US astronomers built a telescope with a 5-meter (200-inch) diameter mirror on Palomar Mountain in Southern California. It remained the largest visible-light telescope in the world for several decades. The giants of today, however, have primary mirrors (the largest mirrors in the telescope) that are 8- to 10-meters in diameter, and larger ones are being built (Figure 6.7).

望遠鏡の鏡の大きさをインチで測っていたニュートンの時代から、反射望遠鏡はますます大型化してきた。1948年、米国の天文学者たちは、南カリフォルニアのパロマー山に、直径5メートル、すなわち200インチの鏡を持つ望遠鏡を建設した。その後数十年にわたり、世界最大の可視光望遠鏡であり続けた。しかし今日の巨大望遠鏡は、直径8〜10メートルの主鏡、つまり望遠鏡の中で最も大きな鏡を持ち、さらに大きなものも建設されつつある（図6.7）。

The decades starting in 1990 saw telescope building around the globe grow at an unprecedented rate. (See Table 6.1, which also includes websites for each telescope in case you want to visit or learn more about them.) Technological advancements had finally made it possible to build telescopes significantly larger than the 5-meter telescope at Palomar at a reasonable cost. New technologies have also been designed to work well in the infrared, and not just visible, wavelengths.

1990年からの数十年間には、世界中で望遠鏡の建設が前例のない速さで進んだ。表6.1を参照してほしい。訪問したり詳しく調べたりしたい場合に備えて、各望遠鏡のウェブサイトも載せてある。技術の進歩によって、パロマーの5メートル望遠鏡よりはるかに大きな望遠鏡を、妥当な費用で造ることがついに可能になった。新しい技術は、可視光だけでなく赤外線の波長でもよく働くように開発されている。

The differences between the Palomar telescope and the modern Gemini North telescope (to take an example) are easily seen in Figure 6.8. The Palomar telescope is a massive steel structure designed to hold the 14.5-ton primary mirror with a 5-meter diameter. Glass tends to sag under its own weight; hence, a huge steel structure is needed to hold the mirror. A mirror 8 meters in diameter, the size of the Gemini North telescope, if it were built using the same technology as the Palomar telescope, would have to weigh at least eight times as much and would require an enormous steel structure to support it.

パロマー望遠鏡と現代の望遠鏡、たとえばジェミニ北望遠鏡との違いは、図6.8を見るとよくわかる。パロマー望遠鏡は、直径5メートル、質量14.5トンの主鏡を支えるように設計された、巨大な鋼鉄製構造物である。ガラスは自重でたわみやすいため、それを支える巨大な鋼鉄の構造が必要になる。ジェミニ北望遠鏡と同じ直径8メートルの鏡を、パロマー望遠鏡と同じ技術で造ったとすれば、少なくとも8倍の重さが必要となり、支えるための鋼鉄製構造物も途方もなく大きなものになる。

The 8-meter Gemini North telescope looks like a featherweight by contrast, and indeed it is. The mirror is only about 8 inches thick and weighs 24.5 tons, less than twice as much as the Palomar mirror. The Gemini North telescope was completed about 50 years after the Palomar telescope. Engineers took advantage of new technologies to build a telescope that is much lighter in weight relative to the size of the primary mirror. The Gemini mirror does sag, but with modern computers, it is possible to measure that sag many times each second and apply forces at 120 different locations to the back of the mirror to correct the sag, a process called active control. Seventeen telescopes with mirrors 6.5 meters in diameter and larger have been constructed since 1990.

対照的に、ジェミニ北8メートル望遠鏡はフェザー級のように軽く見え、実際に軽い。鏡の厚さはわずか約8インチで、重さは24.5トンと、パロマーの鏡の2倍未満である。ジェミニ北望遠鏡はパロマー望遠鏡の約50年後に完成した。技術者たちは新技術を活用し、主鏡の大きさに対して、はるかに軽い望遠鏡を造った。ジェミニの鏡も確かにたわむ。しかし現代のコンピューターを使えば、毎秒何度もたわみを測り、鏡の背面の120か所に力を加えて補正できる。この方法を能動制御という。1990年以来、直径6.5メートル以上の鏡を備えた望遠鏡が17基建設されている。

The twin 10-meter Keck telescopes on Maunakea, which were the first of these new-technology instruments, use precision control in an entirely novel way. Instead of a single primary mirror 10 meters in diameter, each Keck telescope achieves its larger aperture by combining the light from 36 separate hexagonal mirrors, each 1.8 meters wide (Figure 6.9). Computer-controlled actuators (motors) constantly adjust these 36 mirrors so that the overall reflecting surface acts like a single mirror with just the right shape to collect and focus the light into a sharp image.

こうした新技術を用いる装置の先駆けとなったマウナケアの10メートル・ケック望遠鏡2基は、まったく新しい方法で精密制御を使っている。各望遠鏡は、直径10メートルの一枚の主鏡を使う代わりに、幅1.8メートルの六角形の鏡36枚からの光を合わせて、大口径を実現している（図6.9）。コンピューター制御のアクチュエーター、すなわち駆動モーターが36枚の鏡を絶えず調節する。それによって反射面全体が、光を集めて鮮明な像を結ぶのに適した形の、一枚の鏡のように働く。

In addition to holding the mirror, the steel structure of a telescope is designed so that the entire telescope can be pointed quickly toward any object in the sky. Since Earth is rotating, the telescope must have a motorized drive system that moves it very smoothly from east to west at exactly the same rate that Earth is rotating from west to east, so it can continue to point at the object being observed. All this machinery must be housed in a dome to protect the telescope from the elements. The dome has an opening in it that can be positioned in front of the telescope and moved along with it, so that the light from the objects being observed is not blocked.

望遠鏡の鋼鉄製構造物は、鏡を支えるだけでなく、空のどの天体へも望遠鏡全体を素早く向けられるように設計されている。地球は自転しているため、望遠鏡にはモーター駆動の追尾装置が必要になる。地球が西から東へ回転するのとまったく同じ速さで、望遠鏡を東から西へ極めて滑らかに動かし、観測中の天体へ向け続けられるようにする。こうした機械はすべて、望遠鏡を風雨から守るドームの中に収めなければならない。ドームには開口部があり、望遠鏡の正面に位置を合わせて一緒に動かせるので、観測している天体の光を遮らずに済む。