「宇宙探検クラブ」に新たな大型科学装置が加わりました。 「天来」はどのようにして宇宙の「響き」を聞くことができるのでしょうか？

人混みから離れた山の端に、いくつかの「大きな鍋」が設置されています。彼らは一日中太陽と空に向かって立っているひまわりのようです。彼らの主な役割は「自然の音」を聞くことです。地球を調整し、「耳」を開いて宇宙の起源の「音」を捉えます。

天上の配列。画像提供：国立天文台

最近、わが国の新疆ウイグル自治区ハミ市にある科学プロジェクト「天来」実験が平方キロメートルアレイ天文台の認証を通過し、平方キロメートルアレイ電波望遠鏡（SKA）の「先駆者」に選ばれました。

「言葉は全部知っているのに、全然理解できない？」関連用語を検索すると、ネットユーザーらは「混乱した気持ち」を表明した。人類を宇宙探査に一歩近づける、もう一つの重要な科学装置でしょうか?この目的のため、記者は天文学分野の科学普及専門家であり、科学普及活動の国内リーダーである曹林氏に連絡を取り、「自然の音」の背後にある科学的原理を解釈してもらいました。

電波望遠鏡は大きな「ラジオ」である

関連メディアの報道によると、「天来」という言葉は荘子の『奇物論』に由来し、宇宙の万物の自然な音を意味するという。 「Tianlai」実験は宇宙の重粒子の音波を検出するため、この名前が付けられました。

天来円筒ラジオアレイ出典：CCTVニュース

天来プロジェクトは中国科学院国立天文台が主催している。現在、3 つの円筒反射アンテナで構成される円筒無線アレイと、16 個のパラボラアンテナで構成される皿型無線アレイの 2 種類の望遠鏡アレイが構築されています。

これらは「電波望遠鏡」の一種であり、より大きなアレイを形成するように配置されています。

「電波天文学は非常に新しい、高度に専門的な学問分野です。」曹林氏は、電波望遠鏡の動作原理を平易な言葉で紹介しようと努めたが、「電磁波」「ビッグバン」「中性水素」など、それぞれ独立したコースにまで拡張できる天文学用語を避けることはできなかった。

「宇宙探検編集部」よりスチール写真

まずは電波天文学から始めましょう。映画「宇宙探査編集部」では、唐志軍（役名）がテレビの「雪片」を使って宇宙からの信号を受信します。彼はスクリーンの外にいる人々に向かって厳粛にこう言った。「これは普通の雪の結晶ではありません。これは宇宙誕生の残光なのです。」

「この記述は実際には正確ではありません。旧式のテレビのアンテナは宇宙のマイクロ波放射をそのまま受信することはできません。しかし、人類は無線活動を通じて、宇宙に『背景音』があることを徐々に発見してきました。これはビッグバンのエネルギーからマイクロ波の形で宇宙全体に分布している電波放射です」と曹林氏は説明した。

「宇宙マイクロ波背景放射はビッグバンの『名残』であり、電波天文学の典型的な光景であり、電波望遠鏡は天体からの電波を観測し研究するための装置です。」曹林氏は、私たちが普段目にするラジオ波やマイクロ波はすべて電磁波であると紹介しました。地球の大気は宇宙からの電磁波のほとんどを吸収し、可視光線と一部の電波だけが透過できます。そのため、天文学では、30MHz から 300GHz の周波数を持つこれらの電磁波は電波と呼ばれます。

宇宙マイクロ波背景放射に加えて、中性子星、パルサー、星雲、電波バーストなどの電波物体もすべて電波信号を放射する可能性があります。曹林氏は「もっと簡単に言えば、電波望遠鏡は『ラジオ』のようなものです。さまざまな信号を受信することで、さまざまな天体現象を発見したり、将来の進化の過程を発見したりすることができます」と語った。

地上の望遠鏡が協力して宇宙を観測

中国科学院の院士である張進氏はかつてインタビューで、わが国の天文学は近年急速に発展しており、電波天文学が現在では主導的な分野となっていると述べた。曹林氏は、天来天文台が平方キロメートル干渉計（SKA）の「先駆者」として選ばれたことは、わが国の電波天文学技術が先進的であることの証であると考えている。

SKA は世界中の複数の国が共同で建設し運用する新世代の電波望遠鏡です。現在、南アフリカとオーストラリアで建設中です。等価受信エリアは平方キロメートルレベルです。前例のない超高感度と科学的発見能力を備え、完成後は地球上で最大かつ最先端の科学施設の一つとなるでしょう。

「同じ口径の電波望遠鏡の解像度は光学望遠鏡よりもはるかに低いため、人類は観測の感度を向上させるために巨大な口径の望遠鏡を建造するだろう」と曹林氏は紹介した。 「例えば、中国のスカイアイFASTは口径が500メートル以上あります。多くのSF小説では、天体自体も観測目的を達成するために電波望遠鏡として使われています。」

中国のスカイアイFAST 出典：新華社通信

実際の地理的スペースが十分でない場合、地球上の賢明な人々は、さまざまな望遠鏡をまとめてデータを収集し、電波望遠鏡アレイに配置すれば、科学的価値のある電波天文学データをさらに多く取得できると考えます。

「宇宙から見れば、地球は小さな点に過ぎません。私たちにとって、各国は遠く離れた場所に電波望遠鏡を持っているかもしれませんが、それらが『集合』すれば、地理的な制限を打ち破り、より大きな地球『電波』となるのです」と曹林氏は語った。

この地球の「巨大な目」が宇宙をスキャンすると、かつてはぼやけていた天体が必然的に鮮明になり、人類が宇宙と基本的な物理法則を理解するのにさらに役立つと考えられます。今回「パスファインダー」に選ばれた天来実験の関連技術と最新の発見は、SKAに新たな科学的探査の機会を提供し、将来の電波望遠鏡の建設に応用されるだろう。

星空を見上げて宇宙ともっとコミュニケーションを

「天来」実験の主な目的の一つは、目には見えないが宇宙全体の26.8%を占める謎の暗黒物質を発見することだ。科学者たちは、暗黒物質の質量によってもたらされる重力が銀河や銀河団の存在を保証し、それらが飛び去るのを防いでいることを発見しました。それはまた、宇宙の加速膨張を推進する未知のエネルギーでもあります。

「暗黒物質の研究はまだ初期段階にあり、科学者はまだ暗黒物質そのものを発見していない。」曹林氏は、「天来」が中性水素検出研究を暗黒物質探索の「鍵」として利用し、それが宇宙の起源の謎を解明する重要な一歩となると信じている。

私たちは日常生活では、電波や遠くの銀河の存在を意識することはありません。しかし、宇宙は私たちにとって遠く離れていると同時に、密接に関係している存在です。

たとえば、太陽黒点の活動は衛星の活動に影響を与え、さらに携帯電話の信号やネットワーク通信などにも影響を与えます。あるいは、人類の生命が誕生したのは、私たちが太陽系の居住可能領域にいるからである。この範囲内では、水は液体の形で存在することができ、人間の代謝が可能になります。さらに、天文学者のカール・セーガンはかつて、私たちの体内の窒素、歯の中のカルシウム、血液中の鉄はすべてビッグバンのときに何千もの星から撒き散らされたものだと言いました...

「つまり、誰もが星の子なのです。宇宙を探索し、宇宙を理解し、宇宙の起源を発見することは、科学的にも人文科学的にも大きな意義があります」と曹林氏は語った。

2024年8月12日の夜、湖北省武漢市黄陂区で撮影されたペルセウス座流星群。画像提供：新華社

10月30日の「中国天文の日」が近づくにつれ、曹林さんはより多くの一般の人々が天文学愛好家の仲間入りをしてくれることを期待している。 「星空を眺めることは人間の本能です。それを理解することは私たちの世界観を広げるプロセスであり、科学的知識と科学リテラシーの向上でもあります。」

「普通の人なら誰でも、流星、日食、月食、彗星など、身の回りの天体現象に注意を払い、基本的な観察能力を持っていると思います。これが私たちが世界とコミュニケーションを保つ方法です」と曹林氏は語った。