宇宙の構造と成り立ちを探る

ＩＳＡＳニュース　2004.1　No.274　

次期赤外線天文衛星　SPICA

　「太陽系の起源」という身近なスケールの課題から「宇宙の進化」という大きなスケールの課題に至るまで，天文学の重要な課題の解明にとって，スペース(宇宙空間)からの赤外線天体観測は欠かすことのできない貴重な観測手段です。

　そのために，私たちはASTRO-F衛星の開発に取り組んでいます。ASTRO-Fには，口径70cmという大型の冷却望遠鏡が搭載されます。また，近赤外線から遠赤外線に至るまでの各種の観測装置が搭載されます。ASTRO-Fの目的の一つは，遠赤外線領域において全天にわたるサーベイ観測を行うことです。これにより数百万個の赤外線天体が発見されると期待されています。

SPICA。絶対温度で4.5Kという極低温まで冷却された3.5mの大望遠鏡を搭載する。

　サーベイ観測に続くべきものは，個別の天体の詳細観測です。そのために，次世代の赤外線天文衛星計画として，私たちはSPICA(SPace Infrared telescope for Cosmology and Astrophysics)計画を提案しています。詳細観測に必要なのは，大口径の望遠鏡です。大口径の望遠鏡は，多くの赤外線を集めて暗い天体までの観測を可能にすると同時に，より細かな構造を明らかにすることもできます。そこで，SPICAでは，口径3.5mという大口径望遠鏡を搭載することを計画しています。

　宇宙からの高感度の赤外線天体観測を可能にするために重要な要素の一つは，望遠鏡を冷却するということです。そこでSPICAでは，望遠鏡を絶対温度で4.5Kという極低温にまで冷却します。

赤外線で見た空の明るさ。地球大気の赤外線放射と，地球外からやってくる赤外線放射(黄道光，銀河系の星間塵，宇宙背景放射)，さらに望遠鏡からの熱放射を温度の関数として示す。望遠鏡からの熱放射を自然背景放射よりも小さくしないと，高感度の観測は不可能である。その実現のためには，望遠鏡を極低温にまで冷却する必要がある。

　SPICAの技術的な最大の特徴は，その冷却系にあります。まずSPICAの軌道として，L2点(正確にはその点の周りを巡るハロー軌道)を有力候補としています。熱的な観点から，赤外線天文衛星の大敵は，地球と太陽です。L2点では，この２つの熱源がほぼ同じ方向に並ぶため，これらの熱源からの熱遮蔽が非常に容易になります。これにより，宇宙への放射冷却を有効に働かせて，望遠鏡を冷却することができます。さらに，低温を目指すために，機械式冷凍機の搭載を予定しています。従来の赤外線天文衛星では望遠鏡の冷却のために大量の液体ヘリウムを搭載していたのですが，SPICAでは液体ヘリウムを用いない画期的な冷却システムを採用することにより，従来よりもはるかに大型の望遠鏡の搭載を可能にしています。

太陽―地球が作る５つのラグランジュ点。赤外線天文衛星にはL2が最適の軌道。

　従来の冷却赤外線望遠鏡の口径がすべて１m以下であったことを考えると，SPICAの3.5m冷却望遠鏡は，大きなジャンプです。この能力を生かして，SPICAは天文学の重要課題の解明に挑みます。例えば，SPICAの観測により，太陽系外の惑星の姿が直接とらえられると期待されています。また，私たちの宇宙の中で，どのようにして銀河が生まれてきたかという謎に迫る観測もできると期待されています。

　SPICA計画を近い将来に実現させるべく，私たちは現在，多くの技術開発に取り組んでいます。