アレン・テレスコープ・アレイ
アレン・テレスコープ・アレイ（Allen Telescope Array, ATA）は、地球外知的生命体探査（SETI）と天文学観測という二つの大きな目標を同時に追求するために開発された、ユニークな電波干渉計です。カリフォルニア州ハットクリーク電波天文台に建設が進められており、SETI協会とカリフォルニア大学バークレー校の電波天文学研究室によって共同で運用されています。もともとはその設計された集光面積から「1ヘクタール望遠鏡（1hT）」と呼ばれていましたが、計画実現に多大な貢献をしたポール・G・アレン氏への敬意を表して、現在の名称が付けられました。
SETI専門の大型観測施設を持つことは、SETI研究の先駆者であるフランク・ドレイク氏によって初めて構想され、SETI協会にとって長年の悲願でした。この壮大な計画が具体的に動き出したのは、2001年にポール・G・アレン財団から1150万ドルの寄付を受けたことがきっかけです。3年間の研究開発を経て、2004年3月には3段階に分けて建設を進める計画が発表されました。その後、ポール・アレン氏からの追加の支援もあり、建設が開始されました。最初の段階として42台のパラボラアンテナからなるATA-42が2007年10月に完成し、運用を開始しています。最終的には350台のアンテナで構成される予定です。
ATAは、口径の小さなアンテナを多数配置する電波干渉計方式を採用しています。これは、同等の集光面積を持つ単一の巨大アンテナを建設するよりも、一般的に費用を抑えられるというメリットがあります。ただし、複数のアンテナで受信した信号を合成して十分な感度を得るためには、高度な電子機器が必要となります。これは高価ではありますが、技術の進歩によるコスト低下を見込むことで、干渉計方式の経済的な利点を最大限に引き出しています。
ATAは、従来の主要な電波望遠鏡と比較して、いくつかの点で優位性を持っています。特に注目すべきは以下の4点です。
極めて広い視野: 例えば波長21cmの観測で視野角2.45度という広さを持ち、これは超大型干渉電波望遠鏡群（VLA）の17倍にも達します。
広帯域な連続観測: 0.5GHzから11.2GHzまでという、電波天文学においてこれまでにないほど広い周波数範囲を一度に観測できます。
複数の同時観測システム: 受信信号を分割することで、SETI観測と一般的な天体観測を同時に並行して行うことが可能です。
能動的な電波干渉緩和: 人工的な電波ノイズが多い周波数帯でも、宇宙からの微弱な信号を効率的に検出するための機能を有しています。
これらの特徴は、広帯域受信を可能にする新しいフィードホーンや、低雑音かつ高帯域で安定した増幅器、データ伝送のための光ファイバーなど、多くの新開発技術によって実現されています。将来的な電子部品のアップグレードや観測周波数帯の拡張も、アンテナ自体を変更することなく中央処理装置の置き換えで対応できるように設計されています。
アンテナ自体も、6.1m×7.0mのオフセットグレゴリアン式を採用しています。副鏡をアンテナの中心からずらして配置することで、電波経路上の遮蔽を防ぎ、感度の向上と不要な電波（サイドローブ）の抑制を図っています。鏡面には低コストな衛星通信用アンテナの技術が活用され、構造も効率的な設計がなされています。
ATAは、幅広い分野で重要な科学的貢献を目指しています。主な科学目標は以下の通りです。
近傍銀河における水素原子の分布を詳細に調査し、銀河の成長やダークエネルギーの研究の基礎を築くこと。
多数の銀河外電波源を分類し、宇宙の構造形成やダークマター、ダークエネルギーの研究を進めること。
短時間で明るさが変動する天体を研究し、ブラックホール周辺現象や未知の現象を探求すること。
100万個もの星を対象に、高い感度で地球外生命体からの信号を探索すること。
銀河系内の星々へ向けて、人工的な電波信号を送信する実験を行うこと（SETIの送信側アプローチ）。
銀河における磁場構造を測定し、星形成や銀河の進化における磁場の役割を解明すること。
パルサーの観測を通じて、大質量ブラックホールが放つ重力波背景放射を検出すること。
未観測の星間分子を探索し、星形成領域や銀河内の元素分布の研究を進めること。
これらの主要目標に加え、Google Lunar X Prizeのような宇宙通信プロジェクトでの活用といった付随的な目標も掲げられています。
ATAはまだ建設途上の施設です。最初の42台が稼働していますが、最終目標の350台には遠く及びません。全350台の完成は追加の資金確保にかかっており、2012年時点では金融危機の影響もあり、アンテナの運用継続すら困難な状況に直面した時期もありました。SETI関係者は、目標を達成するためにはさらなる資金が必要であると述べています。
ATAの建設費用は、同等の集光面積を持つ既存の大型電波望遠鏡と比較して大幅に低いことが試算されています。例えば、ATA-42の開発・建設費は、ほぼ同じ集光面積を持つNASAの34mアンテナの約1/3と見積もられています。
未完成ながらも、ATA-42は既に科学的に価値のあるデータを取得しており、多様な観測に利用されています。その広い視野を活かした広域掃天観測能力は高く、完成時にはVLAを凌駕する性能を持つと期待されています。また、ATAの開発経験は、将来計画されているスクエア・キロメートル・アレイ（SKA）のような次世代の超巨大電波干渉計の開発において、重要な技術的基盤を提供すると位置づけられています。
ATAは、SETIという長年の夢を実現するための施設であると同時に、電波天文学の新たな可能性を切り拓く革新的なプロジェクトです。資金確保や追加建設という課題はありますが、そのユニークな設計と広範な科学目標は、宇宙の理解と地球外生命体探査の未来において重要な役割を担う可能性を秘めています。
プロジェクトの背景と歴史
SETI専門の大型観測施設を持つことは、SETI研究の先駆者であるフランク・ドレイク氏によって初めて構想され、SETI協会にとって長年の悲願でした。この壮大な計画が具体的に動き出したのは、2001年にポール・G・アレン財団から1150万ドルの寄付を受けたことがきっかけです。3年間の研究開発を経て、2004年3月には3段階に分けて建設を進める計画が発表されました。その後、ポール・アレン氏からの追加の支援もあり、建設が開始されました。最初の段階として42台のパラボラアンテナからなるATA-42が2007年10月に完成し、運用を開始しています。最終的には350台のアンテナで構成される予定です。
革新的な設計思想と技術
ATAは、口径の小さなアンテナを多数配置する電波干渉計方式を採用しています。これは、同等の集光面積を持つ単一の巨大アンテナを建設するよりも、一般的に費用を抑えられるというメリットがあります。ただし、複数のアンテナで受信した信号を合成して十分な感度を得るためには、高度な電子機器が必要となります。これは高価ではありますが、技術の進歩によるコスト低下を見込むことで、干渉計方式の経済的な利点を最大限に引き出しています。
ATAは、従来の主要な電波望遠鏡と比較して、いくつかの点で優位性を持っています。特に注目すべきは以下の4点です。
極めて広い視野: 例えば波長21cmの観測で視野角2.45度という広さを持ち、これは超大型干渉電波望遠鏡群（VLA）の17倍にも達します。
広帯域な連続観測: 0.5GHzから11.2GHzまでという、電波天文学においてこれまでにないほど広い周波数範囲を一度に観測できます。
複数の同時観測システム: 受信信号を分割することで、SETI観測と一般的な天体観測を同時に並行して行うことが可能です。
能動的な電波干渉緩和: 人工的な電波ノイズが多い周波数帯でも、宇宙からの微弱な信号を効率的に検出するための機能を有しています。
これらの特徴は、広帯域受信を可能にする新しいフィードホーンや、低雑音かつ高帯域で安定した増幅器、データ伝送のための光ファイバーなど、多くの新開発技術によって実現されています。将来的な電子部品のアップグレードや観測周波数帯の拡張も、アンテナ自体を変更することなく中央処理装置の置き換えで対応できるように設計されています。
アンテナ自体も、6.1m×7.0mのオフセットグレゴリアン式を採用しています。副鏡をアンテナの中心からずらして配置することで、電波経路上の遮蔽を防ぎ、感度の向上と不要な電波（サイドローブ）の抑制を図っています。鏡面には低コストな衛星通信用アンテナの技術が活用され、構造も効率的な設計がなされています。
目標とする科学的成果
ATAは、幅広い分野で重要な科学的貢献を目指しています。主な科学目標は以下の通りです。
近傍銀河における水素原子の分布を詳細に調査し、銀河の成長やダークエネルギーの研究の基礎を築くこと。
多数の銀河外電波源を分類し、宇宙の構造形成やダークマター、ダークエネルギーの研究を進めること。
短時間で明るさが変動する天体を研究し、ブラックホール周辺現象や未知の現象を探求すること。
100万個もの星を対象に、高い感度で地球外生命体からの信号を探索すること。
銀河系内の星々へ向けて、人工的な電波信号を送信する実験を行うこと（SETIの送信側アプローチ）。
銀河における磁場構造を測定し、星形成や銀河の進化における磁場の役割を解明すること。
パルサーの観測を通じて、大質量ブラックホールが放つ重力波背景放射を検出すること。
未観測の星間分子を探索し、星形成領域や銀河内の元素分布の研究を進めること。
これらの主要目標に加え、Google Lunar X Prizeのような宇宙通信プロジェクトでの活用といった付随的な目標も掲げられています。
建設状況と将来展望
ATAはまだ建設途上の施設です。最初の42台が稼働していますが、最終目標の350台には遠く及びません。全350台の完成は追加の資金確保にかかっており、2012年時点では金融危機の影響もあり、アンテナの運用継続すら困難な状況に直面した時期もありました。SETI関係者は、目標を達成するためにはさらなる資金が必要であると述べています。
ATAの建設費用は、同等の集光面積を持つ既存の大型電波望遠鏡と比較して大幅に低いことが試算されています。例えば、ATA-42の開発・建設費は、ほぼ同じ集光面積を持つNASAの34mアンテナの約1/3と見積もられています。
未完成ながらも、ATA-42は既に科学的に価値のあるデータを取得しており、多様な観測に利用されています。その広い視野を活かした広域掃天観測能力は高く、完成時にはVLAを凌駕する性能を持つと期待されています。また、ATAの開発経験は、将来計画されているスクエア・キロメートル・アレイ（SKA）のような次世代の超巨大電波干渉計の開発において、重要な技術的基盤を提供すると位置づけられています。
ATAは、SETIという長年の夢を実現するための施設であると同時に、電波天文学の新たな可能性を切り拓く革新的なプロジェクトです。資金確保や追加建設という課題はありますが、そのユニークな設計と広範な科学目標は、宇宙の理解と地球外生命体探査の未来において重要な役割を担う可能性を秘めています。
もう一度検索
【記事の利用について】
タイトルと記事文章は、記事のあるページにリンクを張っていただければ、無料で利用できます。
※画像は、利用できませんのでご注意ください。
【リンクついて】
リンクフリーです。