ハッブル宇宙望遠鏡

I

プロローグ

NASA(アメリカ航空宇宙局)とヨーロッパ宇宙機関(ESA)により、1990年4月24日(日本時間25日)、スペースシャトル「ディスカバリー」からうちあげられたはじめての地球周回軌道上の光学望遠鏡装置。

この望遠鏡は、「宇宙が膨張している」(→宇宙の「宇宙の膨張」)ことを発見したアメリカの天文学者エドウィン・ハッブルの名をとって、ハッブル宇宙望遠鏡(HST)とよばれており、電磁波のうち可視光線と紫外線領域の観測をおこなう。本体は、全長が13.1m、直径4.25mの円筒形で、軌道上の重量は約11t。近地点高度586.47km、遠地点高度610.44km、軌道傾斜28.48度、公転周期96.66分の、ほぼ正円に近い楕円軌道を約97分で周回している。主鏡の直径は240cmで、可視光で観測をおこなう場合、角距離が0.05秒角(→ 角度)しかはなれていない天体でも解像できるように設計されている。地上の大きな望遠鏡の解像度は、空の状態がよい場合でも約0.5秒角であるから、かなり高性能である。

ハッブル宇宙望遠鏡の運用は、人工衛星を通じた通信回線により、アメリカのジョンズ・ホプキンズ大学内に設置された宇宙望遠鏡科学協会(STScI)とNASAのゴダード宇宙飛行センター(GSFC)内にある宇宙望遠鏡管制センター(STOCC)でおこなわれている。そして、えられた観測データは、その観測の提案者にわたされるが、1年後には公開されて、世界じゅうの研究者が自由に利用できるようになっている。

II

最初のトラブル

最初、ハッブル宇宙望遠鏡には、メインとなる広視野プラネタリーカメラ(Wide Field Planetary Camera：WFPC)、微光天体カメラ、微光天体分光カメラ、高分解能分光カメラ、高速測光器の5つの検出装置がそなえつけられていた(→ 分光学)。また、地球から星までの距離を決定するといった正確な位置測定のため、案内用センサー(→ センサー)も3台搭載されていた。

しかしながら、ハッブル宇宙望遠鏡の打ち上げ後、製造ミスのために主鏡に収差(→光学の「収差」)の出ることがわかり、1993年12月、スペースシャトル「エンデバー」をつかって修理がおこなわれた。高速測光器をとりのぞき、そこへ補正光学装置をいれたほか、広視野プラネタリーカメラも、内部に主鏡の収差を補正する装置のくみこまれたカメラ(WFPC2)にとりかえられた。

III

あいつぐ成果

収差の補正される前でさえ、渦巻銀河M51(→ 銀河)の中の不可思議な暗い部分など、多くの貴重な画像を撮影していたが、修理後は当初に予定されていた解像力を発揮できるようになり、さまざまな観測ができるようになった。たとえば、銀河がわたしたちの銀河系(→ 天の川)から後退していく速度を、その距離の関数として計算する方法がはるかに向上した。このデータをつかうと、宇宙の年齢を計算することができる(→ 宇宙論)。1994年6月、ブラックホールの存在をしめすはじめての有力な証拠がもたらされた。銀河M87の中心をとりまくガス円盤の運動が、太陽の25億～35億倍の質量をもつ天体の存在をしめしているのである。さらに、94年7月、シューメーカー・レビー第9彗星(→ 彗星)の破片が次々と衝突したときの木星の映像を撮影した。衝突時の詳細な画像によって、木星の大気の構成物をスペクトル分析できるデータを手にいれることができたのである。

IV

さらなる観測装置の強化

その後、1997年2月におこなわれた補給ミッションで、新しく2つの観測機器が増設されたが、ハッブル望遠鏡は99年11月に4個目のジャイロスコープが故障して以来、観測を停止した。そのため、99年12月のスペースシャトル「ディスカバリー」のミッションでは、ジャイロスコープを修理することが第一の目的とされた。ハッブルに搭載されている6個のジャイロスコープは、望遠鏡を安定させ、はるか遠い銀河の鮮明な画像をカメラにとらえることを可能にしている。

スペースシャトルの宇宙飛行士は3度におよぶ長時間の船外活動により、ハッブル望遠鏡の6個のジャイロスコープをすべて新品と交換した。また、新たに近赤外線波長をつかって高い感度で宇宙を観測できる「NICMOS(近赤外カメラおよび多天体分光器)」や、紫外線領域の感度の高いスペクトル観測装置「STIS(宇宙望遠鏡撮像分光器)」など、総額7000万ドルの機器類(コンピューター、無線発信機、飛行記録装置、電圧調整器、防護シールドなど)を設置した。こうして、2000年1月中旬には観測を再開した。

さらに、2002年3月には、スペースシャトル「コロンビア」により、3度目の改修作業がおこなわれた。これまでハッブル望遠鏡が主力として利用してきた広視野プラネタリーカメラ(WFPC2)は、新しく7600万ドルの「掃天観測用高性能カメラ(Advanced Camera for Survey：ACS)」と交換された。このカメラはWFPC2とくらべて、視野が2倍、解像度が2倍、そして感度は4倍に高められ、波長域は紫外線の一部から可視光線、そして近赤外線の一部までと広範囲にわたっている。このACSをつかい、従来はほぼ不可能だった太陽系外の惑星の直接観測が可能になることなどが期待されている。

また、打ち上げ以来、12年間使用されてきた全長12mの太陽電池パネルが新たに8mのものと交換され、発電量は20%以上増加した。ハッブル宇宙望遠鏡の設計寿命は15年だが、2010年までの利用が予定されている。