レーザーガイド星

レーザーガイド星：地上望遠鏡の視力向上技術

地上から天体望遠鏡を使って星を観測する場合、地球の大気による揺らぎが星像をぼやけさせる「シンチレーション」という現象が発生します。この現象によって、望遠鏡の空間分解能、つまり観測できる星の細部まで見分けられる能力が制限されてしまうのです。

この問題を解決するために開発されたのが、補償光学システムです。このシステムは、大気の揺らぎをリアルタイムで計測し、望遠鏡の鏡面を精密に制御することで、揺らぎによる星像の歪みを補正します。補償光学システムが効果を発揮するには、観測対象の星に近い位置に、明るく、揺らぎを計測するための基準となる星（ガイド星）が必要です。しかし、観測対象の近くに常に明るい星があるとは限りません。

そこで登場するのがレーザーガイド星です。レーザーガイド星とは、レーザー光を用いて人工的にガイド星を生成する技術です。地表から強力なレーザー光を上空に向けて照射すると、高度約90～100kmに存在するナトリウム層にレーザー光が当たり、ナトリウム原子が励起されて光ります。このレーザー光で励起されたナトリウム層が発する光が、人工的なガイド星として機能するのです。

レーザーガイド星の明るさは、使用するレーザーの出力によって調整できます。例えば、理化学研究所が開発した出力4Wのレーザーを使用した場合、約12等星相当の明るさのガイド星を生成できます。12等星とは、肉眼では見えない程度の明るさですが、補償光学システムにとっては十分な明るさです。

すばる望遠鏡のレーザーガイド星システム

すばる望遠鏡では、国立天文台が理化学研究所と協力して開発したレーザーシステムを用いて、レーザーガイド星を生成しています。すばる望遠鏡で使用されているレーザーは、波長589nmのNd:YAG和周波レーザーです。このレーザーは、波長1319nmと1064nmの2種類のNd:YAGレーザーを組み合わせることで、2つのレーザー光の周波数の和の周波数、つまり波長589nmのレーザー光を作り出しています。

この波長589nmは、ナトリウム原子が最も強く発光する波長帯に近いため、効率的にナトリウム層を励起し、明るい人工ガイド星を生成することができます。この技術により、すばる望遠鏡は、従来では観測が難しかった暗い天体も、高い空間分解能で観測できるようになりました。

レーザーガイド星技術は、天文学における観測技術の進歩を象徴するものです。大気の揺らぎという観測上の大きな障壁を克服し、より詳細で精密な宇宙の観測を可能にする、革新的な技術と言えるでしょう。今後、さらに高出力のレーザーや高度な制御技術の開発が進めば、より暗い天体やより高い空間分解能での観測が可能になることが期待されます。

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