月面に巨大な「スーパー望遠鏡」を建設？これは簡単ではない

最近、フランスの科学者らが月面に巨大な「スーパー望遠鏡」を建設する計画を発表し、外の世界から大きな注目を集めている。では、なぜ人類は月に望遠鏡を設置したいのでしょうか?これにはどのような技術的課題が伴うでしょうか?現在、同様の探査を行っている国はどこですか?

宇宙を観察するのに最適な場所

人類は宇宙に隠された秘密を探るために、科学技術の発展を続けながら、地球外物体や宇宙現象を観測する能力の向上に努めています。宇宙探査の長い旅の中で、人類は地球上に多数の宇宙望遠鏡を建設してきました。同時に、より良い角度から宇宙を観測するために、飛行機に宇宙望遠鏡を搭載したり、宇宙望遠鏡を地球の軌道上に直接打ち上げたりすることもあります。さまざまな形や種類の宇宙望遠鏡は、人類が宇宙の謎を探求するための効果的な手段を提供し、科学者もその結果として数多くの科学的成果を達成してきました。

科学技術が発展し続けるにつれて、人類が宇宙を探索する方法も常に進歩しています。 2021年末、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が無事に打ち上げられました。太陽地球ラグランジュL2点のハロー軌道に到達後、遠方宇宙の観測を開始し、多くの科学的成果を達成しました。

近年、人類の月に対する探査や理解が深まるにつれ、各国の科学者が月に宇宙望遠鏡を設置したり建造したりすることが可能かどうかの研究を始めています。

月の巨大なクレーターにより、巨大宇宙望遠鏡建設のための土木工事が軽減される

月には大気も光害もないので、望遠鏡の解像度が損なわれることはありません。月の自転周期は約 28 日で、夜が非常に長いため、望遠鏡は同じ対象を 14 日間近く連続して観測することができます。望遠鏡を月の裏側のクレーターに設置すれば、月と地球の潮汐ロックの原理により、地球の電波、衛星、太陽電波のノイズなどの影響を受けることがなくなり、宇宙を観測するのに非常に良い位置になります。

これらの新しい月望遠鏡は、人類を長い間悩ませてきた重要な疑問に新たな答えをもたらすだろう。たとえば、宇宙はどこから来たのでしょうか?私たちはどこから来たのでしょうか？広大な宇宙の中で私たちは孤独なのでしょうか？

実は、月に望遠鏡を設置して建設するというのは新しいアイデアではありません。 1960 年代から 1970 年代にかけての NASA のアポロ有人月面着陸計画の頃から、月面着陸に成功した宇宙飛行士たちは、天文学者が地球から月までの距離を正確に測定できるように、月面に反射鏡を設置していました。

我が国が2013年12月2日に打ち上げた月探査機「嫦娥3号」には、揺動平面反射鏡と大口径望遠鏡システムからなる月面天体望遠鏡が搭載されている。反射鏡の首振りにより、大規模な星空観測を実現します。月面天体望遠鏡は、大気の干渉がなく、自転が遅いという月の利点を最大限に活用し、近紫外線帯で科学的に重要な価値を持つ多数の天体を長期にわたって継続的に監視し、地球表面では達成できない観測タスクを実現します。

多くの国が探索を始めている

現在、科学者たちは月に宇宙望遠鏡を建設するというさらに大規模で大胆な計画を立てています。 2023年、NASAジェット推進研究所は、月の裏側に巨大な電波望遠鏡「月クレーター電波望遠鏡」を建設する計画を発表した。月の裏側にある直径3～5キロ程度のクレーターを選び、デュアクセルロボットを使って有効口径1キロ以上のメッシュ反射鏡を構築する計画だ。完成すれば、月クレーター電波望遠鏡は太陽系最大の電波望遠鏡となる。その主な目的は、宇宙の暗黒期に生成された長波電波を測定することです。

現在、地球上に建設された電波望遠鏡では、この神秘的な期間を検出することができません。その期間の長波電波は、地球の大気圏上部のイオン層と電子層で反射され、望遠鏡では届かなくなるためです。

同時に、携帯電話の通信やレーダー、衛星などから発せられる人工信号は宇宙からの信号よりも何百万倍も強力であり、地上の電波望遠鏡の観測環境に大きな影響を与えています。しかし、大気のない月では、これらの信号は反射されません。同時に、月自体が地球の無線通信を遮蔽し、地球からの電磁波が宇宙望遠鏡の作業に干渉するのを防ぐこともできます。

さらに、NASA と米国エネルギー省は、月面クレーター電波望遠鏡ナイト プロジェクトに類似した月面電磁気学実験の開発に協力しています。この協力を通じて、DOE と NASA は、今後数十年にわたる暗黒時代の宇宙論の探査を成功させるための条件を整えています。このプロジェクトの電波望遠鏡は2025年に月の裏側に向けて打ち上げられる予定で、展開式アンテナと無線受信機を使用して、夜間の月面で初めて高感度の電波信号を測定する予定だ。

さまざまな国の科学者も、月極生命探知望遠鏡や月光学紫外線検出器などのプロジェクトを提案している。前者は太陽系外惑星の通過中の大気の研究に焦点を当て、後者は明るい紫外線天体の研究に焦点を当てます。

今回公表された巨大月面超望遠鏡プロジェクトでは、フランスの科学者らが「どのように建設するか」について、より具体的なアイデアを提案しており、それは月のクレーターの特殊な地形を建設に利用するというものだ。

光学望遠鏡の性能は、主鏡のサイズと望遠鏡の焦点距離に大きく依存しますが、反射面を追加することで焦点距離を長くすることができます。科学者たちは、超望遠鏡はクレーターの地形に沿って並べられた鏡の配列を主鏡として使用し、望遠鏡の検出器群をその上に吊り下げるという案を提案している。鏡は大きくする必要がないため、構築が容易で、必要な土木工事も少なくて済みます。

エンジニアリング建設には多くの課題がある

これらすべてのアイデアはまだ初期段階にあり、最大の問題は月面に望遠鏡をどうやって建設するかだ。現在、各国は有人月面着陸計画を精力的に推進しています。宇宙飛行士を月に送り込むことに成功することを目指しながら、月周回軌道上や月面に宇宙ステーションや月面科学基地を建設する計画もあるが、これにはまだ数年かかるだろう。

有人月面着陸計画の段階的な実施と月面科学施設の開発により、人類は月面で一定の生産・建設能力を獲得することになります。しかし、月面の人員には常に限られています。月に大きな宇宙望遠鏡を建設したい場合、必ずロボットを使用する必要があります。

月面宇宙望遠鏡を建設するために必要なすべての機器、資材、工学機械などを月に輸送すること自体が困難な作業です。現時点では、人類は宇宙望遠鏡を月まで建設するのに十分な資材を一度に輸送することができません。これらの物資を一つずつ月まで輸送すると、関連する宇宙船の打ち上げコストが非常に膨大になります。

それ以外にも、克服すべき深刻な課題がいくつかあります。月の表面温度は潮汐ロックの影響で最高気温が100℃以上、最低気温がマイナス173℃と非常に高くなり、信号を観測する望遠鏡に大きな影響を与えます。

また、月には月震があり、宇宙望遠鏡の建設や建設後の観測調整に大きな影響を与えます。さらに、時間の経過とともに望遠鏡にほこりが蓄積されます。望遠鏡の表面に堆積した月の塵をどうやって除去するかも大きな問題だ。

月面に超望遠鏡を建設することは、天文学研究にとって大きな前進となる。月の独特な環境は、人類に宇宙を深く探査する機会を与えてくれます。数多くの課題があるにもかかわらず、各国が先見の明を持って月の天文学を追求していることは、人類を何千年も悩ませてきた宇宙の謎を解明するという共通の決意を示している。もし人類が将来、月の裏側にさまざまな機能を持つ天体望遠鏡を多数建設することに成功すれば、それは人類の技術における大きな進歩となるだろう。 （著者：リン・インジ、画像提供：NASA、チェックポイント専門家：中国航天科学技術集団科学技術委員会副委員長、ジャン・ファン）