月の望遠鏡でどんな天文学が可能か？

何十年もの間、天文学者たちは、大型望遠鏡を建設するのに最適な場所のひとつは月の表面であると言い続けてきた。月には、地球や宇宙にある望遠鏡よりも優れた点がいくつもあり、巨大天文台の将来の建設地として検討する価値がある。新しい論文では、月面の望遠鏡が大気に遮られたり風の影響を受けたりしないこと、重力が低いため巨大な構造物を建設でき、宇宙飛行士が時間をかけてアップグレードできることなど、すべての利点が挙げられている。

「ある太陽系外惑星の生命やダークマターなど、天文学における大きな疑問の解決には、最終的に高い角度分解能と広い集光領域、そして全光学スペクトルへのアクセスが必要となる。すべての天文学は、月面定位によってもたらされる利点から恩恵を受けるだろう」とフランスの天文学者Jean Schneider、Pierre Kervella、Antoine Labeyrieらは書いている。

そして、我々が月面に恒久的に存在できるようになるまでには何十年もかかるかもしれないが、天文学者たちは、我々は今すぐ小型望遠鏡から始めるべきだと提案している。

長年にわたり、科学者やエンジニアたちは、NASAの革新的先進コンセプトプログラムの一環として、月観測所に関するさまざまなアイデアを提案してきた。2005年には、回転する液体ミラーを使用した、月の極の1つ近くにある深視野赤外線観測所の提案があった。今年の初めには、NASAのゴダード宇宙飛行センターのチームが、可視光と紫外線の波長で撮像するための月の長基線光学撮像干渉計（LBI）の設計を提案した。なぜなら、この「電波の静かな」地帯は常に地球を背にしており、地球からの低周波では観測できないさまざまな天文現象や、地球を周回する宇宙望遠鏡でも観測できない天文現象を研究するのに最適な場所だからである。

Schneider、Kervella、Labeyrieは新しい論文の中で、月は天体観測にとって3つの異なる利点を兼ね備えていると述べている。大気がないため、可視光、紫外線、赤外線を含む全スペクトルを観測できる。天文学者は大気の乱流に対処する必要がなく、月の重力が小さく風がないため、超大型の観測装置を備えた超大型望遠鏡を設置することができる。これは軌道上の衛星では不可能だ。さらに、月面に望遠鏡を設置すれば、観測装置のアップグレードが可能になり、寿命も非常に長くなる。

「月には、軌道上の望遠鏡よりも大きな観測装置を備えた大型望遠鏡や干渉計を設置できる可能性がある」と天文学者らは書いている。

測光から高コントラスト、高角度分解能の撮像まで、さまざまな観測技術を駆使して、天文学者たちは、私たちの惑星地球を含む太陽系や、遠方の太陽系外惑星、エクソモオンの可能性の観測など、取り組むことができる野心的な科学的ケースをいくつか提案した。さらに、非常に高い角度分解能は、太陽系外惑星の通過や、太陽系外海洋の星の輝きさえも撮影することを可能にするだろうとも付け加えた。

銀河系外の領域では、月の望遠鏡によってダークマターの分布を研究したり、クエーサーの重力レンズを観測したりすることができる。また、月の望遠鏡を使えば、宇宙初期の未解明の暗黒時代、つまり最初の星や銀河が形成される前や形成中の時代を調査することもできる。

月望遠鏡の最適な設置場所は、設置場所の物理的条件（温度、土壌の質、太陽照度）と科学的目的の2つの要素に左右される。

「例えば、地球を指向する望遠鏡は月の裏側に設置しなければならない。観測のしやすさという観点からは、望遠鏡はほとんどどこにでも設置できる。月の極点では、空の半分しか見えないが、常に見える。月の赤道では、全天が見えるが、半分の時間しか見えない。地球を観測する場合、あるいは地球に向かって観測する場合、月の赤道から遠くない場所が最適である」と、彼らは論文で述べている。

しかし、月面に天文台を設置することは、絶え間ない埃、接近してくる流星、月の地震学（Moonquakes）のようなその他の驚きへの対応など、いくつかの問題がある。

上記のような最終的な科学目標を念頭に置いて、天文学者たちは、30cmから1mクラスの小型望遠鏡が重要な科学的ケースを探索するだろうと述べている。

この最初の月面望遠鏡はプロトタイプとはいえ、天文学的に価値のあるものであることに変わりはない。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡やハッブル宇宙望遠鏡を補完するような観測ができるだろう。しかし将来的には、20mの鏡があればJWSTの3倍の解像度が得られ、積分、つまり「シャッター」を長時間開けっ放しにすることで、100倍暗い天体を観測することができるだろう。

この記事は、NANCY ATKINSON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。