ユークリッド (宇宙望遠鏡)

ユークリッド宇宙望遠鏡：宇宙の謎を解き明かす旅

ユークリッドは、欧州宇宙機関（ESA）が主導する画期的な宇宙望遠鏡プロジェクトです。このミッションの最大の目的は、宇宙の加速膨張の謎を解き明かすこと、そして、その加速を引き起こすとされるダークエネルギーとダークマターの性質をより深く理解することです。この壮大な目標を達成するため、ユークリッドは過去100億年以上にわたる宇宙の歴史を詳細に観測します。

科学目標と観測手法

ユークリッドの観測の中心となるのは、遠方銀河の形状と赤方偏移の測定です。赤方偏移とは、宇宙の膨張によって光の波長が引き伸ばされる現象で、これを利用することで銀河までの距離を推定できます。ユークリッドは、赤方偏移が2までの膨大な数の銀河を観測し、その形状と赤方偏移の関係を解析することで、ダークエネルギーが宇宙の加速にどのように影響しているかを調べます。

具体的な観測手法としては、以下の3つが挙げられます。

1. 分光法による銀河距離測定: 銀河から放出される光のスペクトルを分析することで、その銀河までの正確な距離を測定します。
2. 重力レンズ効果によるダークマター分布の調査: 重力レンズ効果とは、重力によって光が曲げられる現象で、この効果を利用して、ダークマターの分布を調べます。銀河の形状がゆがむ度合いを測定することで、その視線上にあるダークマターの分布を推測できます。
3. バリオン音響振動の測定: 宇宙初期に存在した音波（バリオン音響振動）の痕跡を測定することで、宇宙膨張の詳細なスケールを明らかにします。

これらの観測を通じて、ユークリッドはダークマターと銀河の分布、そして宇宙の進化がどのように変化してきたかを解明することを目指します。

ユークリッド宇宙機

ユークリッドは、ESAの中規模クラス（Mクラス）のミッションであり、ESAのコズミックビジョン計画の一部として開発されました。このミッションは、もともと別々に提案されていた2つの計画（DUNEとSPACE）を統合したものです。この2つの計画は、宇宙の形状を測定するという共通の目標を持っていましたが、それぞれ補完的な観測を目指していました。評価研究を経て、両計画は統合され、新たなミッションとしてユークリッドが誕生しました。

ユークリッドは、長さ4.5メートル、直径3.1メートル、質量2160 kgの大型衛星です。搭載される望遠鏡は、直径1.2メートルの主鏡を備えたコルシュ式望遠鏡で、0.9平方度の広い視野を持っています。この望遠鏡は、可視光カメラ（VIS）と近赤外線カメラ/分光計（NISP）という2つの観測装置を搭載しており、これらが連携して宇宙を観測します。

観測装置

ユークリッドに搭載される主要な観測装置は以下の通りです。

可視光カメラ（VIS）: 可視光波長（550〜920nm）を観測するカメラで、重力レンズ効果による銀河の形状のゆがみを測定します。約6億ピクセルの高解像度を持ち、銀河の微細な形状変化を捉えることができます。
近赤外線分光測光装置（NISP）: 近赤外線波長（1000〜2000nm）を観測する装置で、以下の2つの機能があります。
測光機能: 多色フィルターを用いて、10億を超える銀河の大まかな赤方偏移を測定します。
分光機能: スリットレス分光計を用いて、銀河の近赤外線スペクトルを分析します。これにより、測光よりも10倍高い精度で、数百万個の銀河の正確な赤方偏移を測定し、バリオン音響振動の観測に貢献します。

これらの観測装置は、広い視野と高い感度を持ち、宇宙の広範囲な領域を効率的に観測することができます。

サービスモジュール

ユークリッドのサービスモジュールは、観測装置に電力を供給するソーラーパネルや、望遠鏡の向きを正確に制御するための装置を搭載しています。望遠鏡とサービスモジュール間は、熱絶縁が施されており、観測中の温度変化を最小限に抑えることで、光学部品のずれを防ぎます。また、XバンドとKaバンドのアンテナを介して、観測データを地球に送信します。

ミッションの実行とデータ解析

ユークリッドは、打ち上げ後、太陽と地球のラグランジュ点L2を回る軌道に投入され、6年間のミッションを実行します。この間に、全天の約3分の1にあたる15,000平方度の宇宙を観測し、さらに、詳細な観測のために、南北黄極近傍の3つの天域も観測します。これらの観測を通じて、ユークリッドは約100億個の天体を観測し、そのうち10億個については弱い重力レンズ効果の測定を行い、5000万個の天体については分光学的赤方偏移を測定します。

ユークリッドで得られる膨大なデータセットは、ヨーロッパを中心に17か国以上の研究機関から1200名以上の研究者が参加するコンソーシアムによって解析されます。このユークリッドコンソーシアムは、ユークリッドに搭載される観測装置の開発と、ユークリッドによって収集されたすべてのデータを処理するユークリッド地上セグメントの開発と実装にも責任を負っています。

ユークリッドの観測データは、宇宙論だけでなく、天文学のさまざまな分野に大きな貢献をすることが期待されています。このミッションは、ジェイムズ・ウェッブ[[宇宙望遠鏡]]などの他の宇宙望遠鏡や、地上望遠鏡の観測とも連携することで、宇宙に対する理解をさらに深めることを目指しています。

ミッションの経緯

2011年10月にユークリッドはESAの科学プログラム委員会によって選定されました。その後、2023年7月2日にファルコン9ロケットで打ち上げられました。このミッションには、NASAも協力しており、近赤外帯の検出器を提供しています。

ユークリッドの未来

ユークリッドは、宇宙の基本的な謎に迫るための強力なツールとして、今後の宇宙研究において重要な役割を果たすでしょう。このミッションから得られるデータは、科学界だけでなく、一般の人々にとっても宇宙に対する新たな視点を提供し、宇宙への探求心を刺激するものとなるでしょう。

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