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2023年7月1日、欧州宇宙機関(ESA)は宇宙望遠鏡ユークリッド打ち上げた。ユークリッドは、今後6年間かけて宇宙の組成と進化を調査する。特にユークリッドは、宇宙が過去100億年の間にどのように膨張してきたかを観測し、ダークエネルギーに関する理論を検証する。このミッションの最初の調査に向けて望遠鏡の機器の微調整と校正を行っていたとき、ミッション・チームは、望遠鏡が凍てつくような寒さの宇宙空間に入った後、鏡の上に水の氷の層がいくつかできていることに気づいた。

よくあることではあるが、これはユークリッドのような高感度ミッションにとっては問題である。数ヶ月にわたる研究の後、ユークリッドのチームはミッションの光学系を除氷するために新しく設計された手順をテストした。3月20日、ESAはチームの除氷方法が(今のところ)成功し、ユークリッドの視力が回復したと発表した。この方法が成功すれば、ユークリッドの光学系をミッションの残りの期間も機能させるというミッションチームの計画が実証されることになる。

この問題が最初に明らかになったのは、科学運用の専門家が望遠鏡の可視光計測器(VIS)で計測される光が小さいながらも徐々に減少していることに気づいたときだった。この装置は、遠方の銀河からの可視光を測定し、光の軌道が重力場の影響をどのように受けるかを調べる役割を担っている。Euclid consortiumの校正科学者であり、新しい除氷計画の主要設計者の一人であるMischa Schirmer氏は、ESAのプレスリリースで次のように説明している:

「ユークリッドとESAのガイア・ミッションの両方が観測した、同じ星の以前の明るさと、VIS装置を通して入ってくる星の光を比較しました。宇宙には、輝度にばらつきのある星もあるが、大部分は何百万年も安定している。ですから、私たちの観測装置が、入ってくる光子のかすかで緩やかな減少を検出したとき、私たちはそれが星々ではなく、私たちであることを知ったのです」。

Euclid spacecraft scaled
(Credit: ESA)

ユークリッドに水が混入することは常に予想されていたことであり、そのため打ち上げ直後に「アウトガス・キャンペーン」が行われた。これは、搭載されたヒーターで望遠鏡を温め、部分的に太陽に当てることで、地球から持ち込まれた水分のほとんどを昇華させるというものだった。しかし、かなりの量が望遠鏡の多層断熱材に吸収された後に残り、VIS鏡の表面に徐々に蓄積し始めた。数ヶ月にわたる調査、研究、校正の後、チームはその原因を突き止め、解決策に取りかかった。

明らかな解決策は、内部のヒーターを何日も稼働させてユークリッドを再び加熱することだった。しかし、これは宇宙船の機械的構造を変形させ、ユークリッドの光学的アライメントを変化させる危険性があった。ESAのミッション・コントロールでユークリッドのフライト・ディレクターを務めるAndreas Rudolphは言う:

「他のほとんどの宇宙ミッションでは、ユークリッドのような “熱光学的安定性”に対する厳しい要求はありません。ユークリッドの科学的目標である、全天の3分の1以上にわたる100億光年の彼方にある何十億もの銀河を観測して宇宙の3D地図を作成するという目標を達成するためには、ミッションを非常に安定した状態に保つ必要があります。したがって、ペイロードモジュールのヒーターのスイッチを入れるには、細心の注意が必要なのです」。

チームはまず、ユークリッドのミラーのうち2枚を個別に加熱することから始めた。水蒸気が他の観測機器を汚染する可能性のない場所に設置されているため、リスクの少ない方法である。初期の結果を分析した結果、ユークリッドの視力は以前の精度を取り戻した。しかし、これは一時的な解決策であり、定期的な除氷の長期的な戦略はまだ模索中である。それまでの間、ESAは望遠鏡の変化を監視し続け、新たな発見があれば公開することを約束している。

しかし、この問題への対応は、このミッションを可能にした国際協力を浮き彫りにしている。と、ユークリッド観測機器のオペレーション・サイエンティストであり、今回の対応をコーディネートしたRalf Kohleyは言う:

「複雑なミッションには、ヨーロッパ全土のチームによる一致団結した対応が必要であり、多くの人々がこのミッションに注いでくれた努力と技術に心から感謝している。オランダにあるESAのESTEC技術センター、マドリッドにあるESAC科学運用センター、ダルムシュタットにあるESOCミッション・コントロールのフライト・コントロール・チームの協力が必要でしたが、ユークリッド・コンソーシアム、そして宇宙船の主契約者であるThales Alenia Space社とその産業パートナーであるAirbus Space社からの重要なインプットなしには成し遂げられませんでした」。

さらに、この問題は、高感度の光学系が関係するミッションをいかに維持するかという重要な研究につながる可能性がある。この問題は宇宙船にとって非常に一般的であるにもかかわらず、光学ミラーの上に氷がどのように形成され、観測にどのような影響を与えるかについての研究はほとんどない。したがって、ミッションチームと宇宙機関が考案した解決策は、将来のミッションのための新しい手順につながる可能性がある。これらは、2027年3月にユークリッドがNASAのナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡(RST)と合流するときに役に立つだろう。


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この記事は、MATT WILLIAMS氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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