第6章天文学の観測装置Astronomical Instruments

What happens to the image produced by a lens if the lens is “stopped down” (the aperture reduced, thereby reducing the amount of light passing through the lens) with an iris diaphragm—a device that covers its periphery?

レンズの周辺部を覆う虹彩絞りという装置で「絞り込む」と、レンズが作る像はどう変わるか。絞り込むとは開口を小さくして、レンズを通る光の量を減らすことである。

What would be the properties of an ideal astronomical detector? How closely do the actual properties of a CCD approach this ideal?

理想的な天体観測用検出器は、どのような性質を持つだろうか。CCDの実際の性質は、その理想にどの程度近いか。

Many decades ago, the astronomers on the staff of Mount Wilson and Palomar Observatories each received about 60 nights per year for their observing programs. Today, an astronomer feels fortunate to get 10 nights per year on a large telescope. Can you suggest some reasons for this change?

何十年も前、ウィルソン山天文台とパロマー天文台の所属天文学者は、それぞれ年に約60晩を自分の観測計画に使えた。今日では、大望遠鏡を年に10晩使えれば幸運だと感じる。この変化の理由をいくつか考えられるか。

The largest observatory complex in the world is on Maunakea, the tallest mountain on Earth. What are some factors astronomers consider when selecting an observatory site? Don’t forget practical ones. Should astronomers, for example, consider building an observatory on Denali (Mount McKinley) or Mount Everest?

世界最大の天文台群は、地球で最も高い山マウナケアにある。天文学者が立地を選ぶ際に考慮する要因には、どのようなものがあるか。実務的な要因も忘れないこと。たとえば、デナリ、別名マッキンリー山や、エベレストに天文台を建てることは検討すべきだろうか。

Suppose you are looking for sites for a visible-light observatory, an infrared observatory, and a radio observatory. What are the main criteria of excellence for each? What sites are actually considered the best today?

可視光天文台、赤外線天文台、電波天文台の設置場所を探しているとする。それぞれにとって、優れた場所を判断する主な基準は何か。実際に今日、どの場所が最良と考えられているか。

Radio astronomy involves wavelengths much longer than those of visible light, and many orbiting observatories have probed the universe for radiation of very short wavelengths. What sorts of objects and physical conditions would you expect to be associated with emission of radiation at very long and very short wavelengths?

電波天文学は可視光よりはるかに長い波長を扱い、多くの軌道上天文台は非常に短い波長の放射で宇宙を探ってきた。非常に長い波長や非常に短い波長の放射の放出には、どのような天体や物理的条件が関係していると予想するか。

The dean of a university located near the ocean (who was not a science major in college) proposes building an infrared telescope right on campus and operating it in a nice heated dome so that astronomers will be comfortable on cold winter nights. Criticize this proposal, giving your reasoning.

海の近くにある大学の学部長は、大学時代に科学を専攻していなかった。その学部長が、キャンパス内に赤外線望遠鏡を建て、寒い冬の夜でも天文学者が快適に過ごせるように、暖房の効いたドームの中で運用しようと提案する。理由を示して、この提案を批判しなさい。

What is the area, in square meters, of a 10-m telescope?

口径10 mの望遠鏡の面積は、何平方メートルか。

Approximately 9000 stars are visible to the naked eye in the whole sky (imagine that you could see around the entire globe and both the northern and southern hemispheres), and there are about 41,200 square degrees on the sky. How many stars are visible per square degree? Per square arcsecond?

全天で、肉眼では約9000個の星が見える。地球全周と南北両半球の空を見られると想像してほしい。空の広さは約4万1200平方度である。1平方度当たり何個の星が見えるか。1平方秒角当たりではどうか。

Theoretically (that is, if seeing were not an issue), the resolution of a telescope is inversely proportional to its diameter. How much better is the resolution of the ALMA when operating at its longest baseline than the resolution of the Arecibo telescope?

理論的には、つまりシーイングが問題にならないなら、望遠鏡の分解能を表す角度は直径に反比例する。ALMAが最長の基線長で観測するとき、その分解能はアレシボ望遠鏡より何倍よいか。

In broad daylight, the size of your pupil is typically 3 mm. In dark situations, it expands to about 7 mm. How much more light can it gather?

真昼間の瞳孔の大きさは、通常3 mmほどである。暗い場所では約7 mmへ広がる。集められる光は何倍になるか。

How much more light can be gathered by a telescope that is 8 m in diameter than by your fully dark-adapted eye at 7 mm?

直径8 mの望遠鏡は、十分に暗さへ順応し、瞳孔が7 mmになった目の何倍の光を集められるか。

How much more light can the Keck telescope (with its 10-m diameter mirror) gather than an amateur telescope whose mirror is 25 cm (0.25 m) across?

直径10 mの鏡を持つケック望遠鏡は、鏡の直径が25 cm、すなわち0.25 mのアマチュア望遠鏡の何倍の光を集められるか。

People are often bothered when they discover that reflecting telescopes have a second mirror in the middle to bring the light out to an accessible focus where big instruments can be mounted. “Don’t you lose light?” people ask. Well, yes, you do, but there is no better alternative. You can estimate how much light is lost by such an arrangement. The primary mirror (the one at the bottom in Figure 6.6) of the Gemini North telescope is 8 m in diameter. The secondary mirror at the top is about 1 m in diameter. Use the formula for the area of a circle to estimate what fraction of the light is blocked by the secondary mirror.

反射望遠鏡には中央に2枚目の鏡があり、大きな装置を取り付けやすい焦点へ光を取り出していると知ると、気にする人が多い。「光が失われませんか」と尋ねる。確かに失われるが、それよりよい方法はない。この配置でどれだけ光が失われるかは見積もれる。ジェミニ北望遠鏡の主鏡、すなわち図6.6で下にある鏡の直径は8 mである。上の副鏡の直径は約1 mである。円の面積の式を使い、副鏡に遮られる光の割合を見積もりなさい。

Telescopes can now be operated remotely from a warm room, but until about 25 years ago, astronomers worked at the telescope to guide it so that it remained pointed in exactly the right place. In a large telescope, like the Palomar 200-inch telescope, astronomers sat in a cage at the top of the telescope, where the secondary mirror is located, as shown in Figure 6.6. Assume for the purpose of your calculation that the diameter of this cage was 40 inches. What fraction of the light is blocked?

現在は暖かい部屋から望遠鏡を遠隔操作できるが、約25年前までは、天文学者が望遠鏡のところで、正しい場所を向き続けるように案内・追尾していた。パロマーの200インチ望遠鏡のような大型望遠鏡では、天文学者は、図6.6にある副鏡の位置に当たる、望遠鏡上部のかごに座っていた。計算のため、このかごの直径を40インチと仮定しよう。光の何割が遮られるか。

The HST cost about $1.7 billion for construction and $300 million for its shuttle launch, and it costs $250 million per year to operate. If the telescope lasts for 20 years, what is the total cost per year? Per day? If the telescope can be used just 30% of the time for actual observations, what is the cost per hour and per minute for the astronomer’s observing time on this instrument? What is the cost per person in the United States? Was your investment in the Hubble Space telescope worth it?

HSTは建設に約17億ドル、シャトルでの打ち上げに3億ドルかかり、運用には年2億5000万ドルかかる。望遠鏡を20年間使うとすると、すべてを含めた1年当たりの費用はいくらか。1日当たりではどうか。実際の観測に使えるのが全時間の30％だけだとすると、この装置での観測時間1時間当たり、1分当たりの費用はいくらになるか。米国の人口1人当たりではいくらか。あなたのハッブル宇宙望遠鏡への投資は、それだけの価値があっただろうか。

How much more light can the James Webb Space Telescope (with its 6-m diameter mirror) gather than the Hubble Space Telescope (with a diameter of 2.4 m)?

直径6 mの鏡を持つジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、直径2.4 mのハッブル宇宙望遠鏡の何倍の光を集められるか。

The Palomar telescope’s 5-m mirror weighs 14.5 tons. If a 10-m mirror were constructed of the same thickness as Palomar’s (only bigger), how much would it weigh?

パロマー望遠鏡の5 m鏡の重さは14.5トンである。パロマーの鏡と同じ厚さのまま、直径だけを10 mに大きくした鏡を造ると、重さはいくらになるか。