この天文学の「聖地」で星間の輝きを探しましょう

著者: ドゥ・リアン

監査│丁易

編集者：趙静源

ウィルソン山天文台 |画像提供: ウィルソン山天文台

米国カリフォルニア州パサデナ近郊のウィルソン山には、有名な天文台、ウィルソン山天文台があります。この天文台は、ワシントンのカーネギー研究所の支援を受けて、アメリカの天文学者ジョージ・エラリー・ヘイルによって 1904 年に建設されました。

ジョージ・エラリー・ヘイル |出典: ウィルソン山天文台

マウント・ウィルソン天文台には現在、60 インチ望遠鏡と 100 インチ・フッカー望遠鏡の 2 つの望遠鏡が一般公開されています。これら 2 つの望遠鏡はかつて素晴らしい科学的成果を生み出しました。これらは基本的に科学研究には使用されなくなりましたが、公益目的となり、人々に比類のない観察体験をもたらしています。

60インチ望遠鏡

60インチ望遠鏡の建設プロセスは非常に困難でした。直径1.5メートルの鏡の原板は、1896年にヘイルの父ウィリアム・ヘイルによってヤーキス天文台（1892年にヘイルが設立した天文台）に寄贈され、ヘイルは望遠鏡の建造費用を支払うことを約束した。しかし、物事は決して計画通りには進みません。 2年後、ウィリアムは亡くなり、ヘイルは再び60インチの望遠鏡のための資金を調達しなければならなくなりました。 1902年、ヘイルはウィルソン山に新しい天文台を建設する許可をカーネギー研究所に申請した。 2年後、ウィルソン山天文台が設立されました。ヘイルは十分な資金を獲得し、60インチ望遠鏡の開発が正式に始まりました。多くの挫折を経て、60インチ望遠鏡はついに1908年12月に始動し、最初の写真を撮影しました。 1917 年に 100 インチのフッカー望遠鏡が建設されるまで、60 インチは運用中の世界最大の光学望遠鏡でした。

観光客が60インチの望遠鏡を使って観察する |出典: ウィルソン山天文台

60 インチ望遠鏡には多くの重要な革新が見られますが、その 1 つは、副鏡を追加および変更することで、カセグレン焦点、ニュートン焦点、折返し軸焦点など、望遠鏡に複数の焦点が備わっていることです。これは、望遠鏡の設計において非常に重要な意味を持つ、折軸焦点を採用した最初の大型望遠鏡でした。

数十年にわたる科学研究の中で、60 インチの望遠鏡は数多くの科学的発見を成し遂げてきました。例えば、1918年にアメリカの天文学者ハーロー・シャプレーはこれを用いて、太陽が天の川銀河の中心ではないことを発見し、当時の認識を覆しました。現在、60インチ望遠鏡は引退したものの、宇宙の美しさを一般の人々に見せるという新たな役割を担っています。

100インチフッカー望遠鏡

60インチの望遠鏡を建造しながらも、ヘイルはより大きな野望を抱いていた。彼はアメリカの起業家ジョン・フッカーからの資金援助を受けて、100インチ（2.5メートル）の望遠鏡を建造する計画を立てた。鏡の原板の鋳造は 1906 年に始まりました。その巨大なサイズのため、プロセスはスムーズではありませんでした。最初のミラーブランクには気泡が入っており、2番目と3番目のミラーブランクは冷却時に粉々になり、4番目のミラーブランクは薄すぎて使用中に変形する可能性がありました...多くの挫折を経験した後、ハイアールと他の人たちは気泡の入ったミラーブランクを使用してみることにしました。最終的に、1917 年に直径 100 インチの望遠鏡が完成し、スポンサーのフックにちなんで命名されました。 1949 年までは世界最大の光学望遠鏡であり、その主鏡は今でも世界最大の固体ガラスです。

泡で満たされたフッカー望遠鏡の主鏡 |画像提供: ウィルソン山天文台

しかし、奉献式の夜である1917年11月1日の夜、人々はまだこの不完全な主鏡について疑念を抱いていました。その夜暗くなってから、人々はフッカー望遠鏡を目標物に向け、通常の単一の画像ではなく、6つまたは7つの重なり合った画像を見て驚いた。その後、ハイアール氏らは、日中に望遠鏡の設置やデバッグが行われた際にドームが開かれ、ドーム内の温度が上昇し、その結果、巨大な主鏡が変形したのではないかと考えた。そのため、その夜、人々にできたのは鏡が冷めるのを待つことだけだった。翌日の早朝、ヘイルらはフッカー望遠鏡を別の目標に向けました。彼らは澄んだ明るい星を観察した。望遠鏡はついに成功しました！

100 インチフッカー望遠鏡ドーム |出典: ウィルソン山天文台

フッカー望遠鏡は多くの著名な天文学者によって使用され、世界遺産レベルの科学機器ともいえます。 1920年、アメリカの物理学者アルバート・マイケルソンとフランシス・ピーズはフッカー望遠鏡を使ってベテルギウスの直径を測定しました。これは人類が太陽以外の星の直径を測定した初めての事例でした。アメリカの天文学者エドウィン・ハッブル（エドウィン・パウエル）はこれを用いて、「渦巻き星雲」が実際には天の川銀河のような銀河であり、天の川銀河の外側にあることを突き止め、長年の論争に終止符を打った。ハッブルはまた、この観測結果を利用して、銀河の赤方偏移が距離に比例することを発見した。この結論は宇宙が膨張していることを示しており、宇宙の性質と大きさに関する人々の理解を変え、今日まで続く天文学の革命を引き起こした。 1931 年の冬、アメリカの物理学者アルバート・アインシュタインがウィルソン山天文台を訪れました。ハッブルと天文台の所長ウォルター・アダムスの協力を得て、アインシュタインはフッカー望遠鏡を通して宇宙を観察しました。現在、この歴史的な望遠鏡は一般公開されています。想像してみてください。マイケルソン、ハッブル、アインシュタインのような人々が使用した望遠鏡を使って、天体を個人的に観察できたら素晴らしいと思いませんか?

アインシュタインはフッカー望遠鏡を使って観測した。左から右へ: アインシュタイン、ハッブル、アダムス |出典: カリフォルニア工科大学

その他の施設

さらに、ウィルソン山天文台には、1905年に建設されたスノー太陽望遠鏡、1908年に建設された60フィート太陽塔、1912年に建設された150フィート太陽塔、2004年に運用開始された高解像度天文学アレイセンター（CHARA）など、多くの施設があります。以下にそのいくつかを簡単に紹介します。

スノー太陽望遠鏡は、ウィルソン山天文台に設置された最初の望遠鏡であり、世界初の固定式太陽望遠鏡です。この望遠鏡はシカゴのヘレン・スノーによってヤーキス天文台に寄贈され、後にヘイルによってウィルソン山に持ち込まれ、本格的な科学機器として使用されました。主鏡の直径は61センチメートルで、分光計と組み合わせて太陽や明るい星の分光学的研究を行うことができます。

60 フィートのソーラータワーは垂直タワー設計を採用しており、これにより、スノーテレスコープよりもはるかに高い解像度で太陽画像とスペクトル観測が可能になります。名前の「60 フィート (18 メートル)」は焦点距離を表します。完成後すぐに、ハイアールはこれを用いて太陽黒点のスペクトルにおけるゼーマン効果を記録し、地球外に磁場が存在することを初めて発見した。 1960年代、アメリカの天文学者ロバート・レイトンは、高さ60フィートの太陽観測塔を使用して初めて太陽表面の複雑な振動を観測し、太陽震学の分野を切り開きました。

高さ150フィートのソーラータワーの主鏡の直径は30センチメートルです。名前の「150フィート（46メートル）」は焦点距離を意味し、かつては世界最長の焦点距離を持つ太陽望遠鏡でした。この施設はタワー内タワー設計を採用しており、内側のタワーが上部の光学要素を支え、外側のタワーが建物の構造とドームを支えています。この設計により、光学素子が風の影響から保護され、安定した画像が得られます。天文学者はこれを利用して、太陽の自転、太陽黒点、太陽磁場、日震学を研究します。

高さ 150 フィートの太陽の塔の頂上 │ 出典: Wikipedia

高解像度天文学センターアレイは、最長基線 330 メートルの 3 つの軸に沿って配置された 6 台の 1 メートル望遠鏡で構成されています。かつては世界最大の光干渉計でした。近赤外線帯域では、その解像度は 0.5 ミリ秒角に達します。光帯域では、0.2 ミリ秒角に達することができます。その優れた解像度のおかげで、2007年に天文学者は初めて太陽系外惑星の直径を直接測定しました。そして2013年、天文学者は初めて遠くの星の黒点を観測しました。

高解像度天文学センターアレイの望遠鏡ドームの 1 つ │ 出典: Wikipedia

現在、マウント・ウィルソン天文台は、望遠鏡による観測、天文台コンサート、天文学の講演、アートイベントなど、さまざまな活動のために一般に公開されており、一般の人々にとって天文台はもはや手の届かないものではなく、天文学ももはや手の届かないものではなくなっています。私は個人的にこのアプローチに賛成です。専門施設が天文観測や研究を継続できるようにしながら、「引退した」望遠鏡を徐々に一般の人々に近づけることは、科学を普及させる良い方法です。

100 インチフッカー望遠鏡ドームコンサート│出典: マウントウィルソン天文台

参考文献

1. マイク・デイビス『クリスタル・シティ：ロサンゼルスの未来をのぞいてみよう』リン・ハー訳、上海人民出版社、2010年1月

2. マウントウィルソン天文台の歴史、マウントウィルソン天文台、https://www.mtwilson.edu/history/

3. 望遠鏡観測、ウィルソン山天文台、https://www.mtwilson.edu/observe/

4. マイク・シモンズ、60 インチ望遠鏡の建造、ウィルソン山天文台、https://www.mtwilson.edu/building-the-60-inch-telescope/

5. マイク・シモンズ、100 インチ望遠鏡の建造、ウィルソン山天文台、https://www.mtwilson.edu/building-the-100-inch-telescope/

6. 李庚「巨大鏡の夢を追う」中国天文学院、2023.2

7. イベント、マウント・ウィルソン天文台、https://www.mtwilson.edu/events/

8. ウィルソン山の 60 インチヘール望遠鏡のレビュー、http://www.scopeviews.co.uk/MountWilson60.htm

9. ウィルソン山天文台、wikipedia、https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mount_Wilson_Observatory

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