長方形の望遠鏡の設計は地球探索2.0の到来を告げるかもしれない

DNVN - 科学者たちは長方形の望遠鏡モデルを開発しており、「地球2.0」（地球と同様の条件を持ち、生命を維持できる太陽系外の惑星を指す用語）を探す旅に新しい時代を開くと期待されている。

地球型惑星の探査は、恒星の圧倒的な明るさによってほぼ完全に隠されてしまうため、天文学において長らく大きな課題となってきました。従来の望遠鏡の設計では、この課題を克服することはできません。しかし、長方形の赤外線望遠鏡という大胆なアイデアが提案されました。このアイデアは、この障壁を克服し、30光年以内に数十もの潜在的な惑星を発見し、地球外生命の兆候の探査への道を開くことが期待されています。

地球は、私たちが知る限り生命を育む唯一の惑星です。この青い惑星上のすべての生命は、不可欠な化学反応を維持するために液体の水に依存しています。単純な単細胞生物は地球とほぼ同時期に出現しましたが、より複雑な多細胞生物が進化するには約30億年かかりました。一方、人類は地球の歴史のほんの一部、地球の年齢の1万分の1にも満たない期間しか存在していません。

このタイムラインは、液体の水が存在する惑星では生命が稀ではない可能性を示唆しています。しかし、宇宙を探索できる知的生命体は非常に稀かもしれません。人類が地球外生命を探査したいのであれば、最も可能性の高いアプローチは、惑星観測を通して直接アプローチすることです。

仮想赤外線宇宙望遠鏡であるデジタル干渉計屈折型宇宙望遠鏡（DICER）とジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡をモデルにした長方形宇宙望遠鏡の概念設計。写真提供：Leaf Swordy/レンセラー工科大学。

宇宙は広大であり、物理法則により光速を超える移動や通信は不可能です。そのため、たとえロボット探査機を用いても、人間の一生の範囲内で研究できるのは太陽に最も近い恒星だけです。その中でも、最も有望なターゲットは、太陽と同程度の大きさと温度の恒星です。なぜなら、これらの恒星は寿命が長く、複雑な生命が発達するのに十分な安定性を持っているからです。

天文学者たちは、地球から30光年以内に太陽に似た恒星を約60個特定しています。これらの恒星を周回し、地球と大きさや温度が似ており、陸地と液体の水の両方を形成できる惑星は、生命が存在する可能性が最も高いと考えられています。

地球に似た太陽系外惑星の像を、その主星のまぶしさから分離することは大きな課題です。理想的な条件下でも、主星は惑星の100万倍も明るくなります。両者が混ざってしまうと、惑星の検出は不可能になります。

光学理論によれば、望遠鏡の最大解像度は鏡のサイズと光の波長によって決まります。液体の水を持つ惑星は、約10ミクロンの波長で最も明るく光を発します。これは細い髪の毛ほどの太さで、可視光線の波長の20倍に相当します。この波長では、望遠鏡は地球と30光年離れた太陽を区別するのに十分な解像度を得るために、少なくとも20メートルの距離から光を集めなければなりません。

さらに、地球の大気によって画像がぼやけるため、望遠鏡は宇宙に設置する必要があります。現在最大の宇宙望遠鏡であるジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、直径6.5メートルの鏡を備えていますが、打ち上げと運用は極めて困難を極めています。

口径20メートルの宇宙望遠鏡の設置は現時点では技術的に不可能であるため、 科学者たちはいくつかの選択肢を試してきました。一つの解決策は、複数の小型望遠鏡を打ち上げ、それらの間に正確な間隔を維持することで巨大な鏡を模擬することです。しかし、分子サイズに至るまで正確な位置関係を維持することは現時点では不可能です。

もう一つのアプローチは、より短い波長の光を用いることで、より小型の望遠鏡で観測できるようにすることです。しかし、可視光線域では、太陽のような恒星は地球の100億倍も明るいため、原理的には惑星の分解能は可能であっても、惑星を観測できるほどの恒星の光を遮ることは不可能です。

もう一つのアイデアは、「スターシールド」を使うことです。これは、直径数十メートルの宇宙船を望遠鏡から数万キロメートル離れた場所に飛ばし、恒星の光を遮りながら惑星の光は通すというものです。しかし、このためには2機の宇宙船を打ち上げる必要があり、シールドを新しい場所に移動させるには膨大な量の燃料が必要になります。

新たな研究で、科学者たちはより実現可能な設計を提案している。それは、JWSTの6.5メートルの円形鏡の代わりに、1メートル×20メートルの長方形鏡を備えた赤外線望遠鏡である。10ミクロンの波長で動作し、鏡の長軸に沿って恒星の光と惑星の光を分離する。鏡を回転させることにより、天文学者は主星の周りの任意の位置にある惑星を観測できる。

この設計では、太陽のような恒星を周回する地球型惑星の半数を3年以内に検出できると推定されています。さらなる技術改良と最適化は必要ですが、このコンセプトは現在の能力を超える技術を必要としません。これは、他の多くの先駆的なアイデアとは一線を画しています。

平均して太陽のような恒星1つにつき地球のような惑星が1つ存在するとすれば、この望遠鏡の設計では、30光年以内に約30個の有望な惑星を発見できるはずです。今後の研究では、光合成生命の指標となる酸素の兆候を惑星の大気に探査することに重点が置かれます。

最も有望な候補には、惑星表面の画像を送信するための探査ミッションが展開される可能性があります。長方形の望遠鏡の設計は、私たちの「姉妹惑星」である地球2.0を見つけるための最短経路を提供することを約束します。

ラ・ケ（ScienceAlertによると）

出典: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/thiet-ke-kinh-vien-vong-hinh-chu-nhat-c​​o-the-mo-ra-ky-nguyen-san-tim-trai-dat-2-0/20250902082651458