今週、アレシボ天文台が崩壊しました。これからどうなるのでしょうか?

12月1日、プエルトリコの有名なアレシボ天文台で重要なケーブルが切れた。宇宙のあちこちから電波を57年間キャッチしてきた900トンの受信機が空中を落下し、幅300メートルのアンテナを構成する何千枚ものアルミニウムパネルを切り裂いた。

天文台の崩壊は天文学界に衝撃と恐怖を与えたが、意外なことではなかった。機器の劣化の実態は、国立科学財団が最近のケーブル断線2件を調査し、世界クラスの電波望遠鏡の廃止を決定した11月に完全に明らかになった。しかし、数十年先まで考える分野にとって、1か月はあっという間に過ぎ、衝撃を受けた研究者たちは不確かな将来について考え始めたばかりだ。

冗長性は天文学者にはない贅沢だ。高額なプロジェクトのためのわずかな資金を最大限に活用するため、計画者は同じ機器を二度と作らない。その結果、コミュニティが中国の新しい最先端施設を歓迎し、次世代の電波望遠鏡を待ち望んでいる一方で、アレシボは他のすべての天文台と同様に重要なニッチを埋めた。アレシボのプロジェクトの多くは理論的には移転できるかもしれないが（実際には困難を伴うかもしれないが）、中止されたプロジェクトもある。アレシボのユニークな放送機能と周波数範囲の喪失、そして科学活動の中心としての社会的役割は言うまでもなく、今後何年にもわたって電波天文学の足かせとなるだろう。

「今のところ、世界中のどの望遠鏡でも同じようにうまく実行できないプロジェクトがたくさんある」とウェストバージニア大学の天文学者、モーラ・マクラフリン氏は言う。

アレシボは、深宇宙からの微弱な電波を拾うように調整された、非常に感度の高い耳以上のものだった。また、地球上の他のどの施設にも匹敵しない、響き渡る無線音声も備えていた。研究者たちは、1974 年にこの音声を使って、M13 として知られる星の束に住むすべての人々に無線メッセージを放送した。そのメッセージは、太陽系、人体構造、そしてアレシボの皿自体の設計について説明していた。

それ以来、この施設は主に地球にもう少し近い物体、つまり小惑星と交信してきた。他の望遠鏡による広範囲な調査で新しい宇宙の岩石が発見されると、NASA はアレシボのレーダー機能を使用して、その物体が実際にどれほど危険であるかを突き止めてきた。送信機は小惑星に電波を発射し、それがどのように反射されたかに基づいて、研究者は岩石の大きさ、形状、進路を判定できる。

7月末に行われたアレシボの最後の観測の1つは、今年発見された小惑星の中でも特に危険な小惑星の1つを詳しく調べることだった。小惑星2020 NK1は家ほどの大きさの天体で、当初は今世紀末に地球に衝突する確率が7万分の1と推定されていた。しかしアレシボのレーダーの測定結果から、NASAは小惑星が地球から250万マイル以内に近づくことはないと結論付けることができた。

アレシボの惑星レーダー計画の主任研究者アン・ヴィルッキ氏によると、小惑星から電波を効果的に反射できる他の唯一の電波パラボラアンテナは、カリフォルニア州のゴールドストーン深宇宙通信施設だ。しかし、NASAの深宇宙ネットワークのステーションとして、同局はゴールドストーンを太陽系全体に散らばるロボットミッションの艦隊との通信にかなり忙しくさせている。アレシボは年間約100個の小惑星を調査したが、ゴールドストーンが扱える天体の数はその半分程度だろうとヴィルッキ氏は見積もっている。ウェストバージニア州のグリーンバンク望遠鏡はパラボラアンテナにレーダーを追加する予定だが、そのビームはアレシボのものより弱く狭いものになる。当分の間、地球は目が見えずに飛行することになるだろう。

「惑星レーダープログラム全体は[アレシボ]天文台で運用されていました」とヴィルッキ氏は言う。「それは大きな影響を受けるでしょう。」

アレシボ計画の多くはレーダーを必要とせず、他の電波望遠鏡へ移行することも考えられる。しかし、責任者らは数百万ドルの施設を放置するわけにはいかないので、今や行き場を失ったアレシボ研究を受け入れる余裕はほとんどシステムにない。

マクローリン氏はNANOGrav共同研究に参加しており、この研究はほとんどの銀河の中心にある超大質量ブラックホールの衝突から発生する最初の重力波を検出する寸前にある。ミリ秒パルサー（毎秒数百回、地球に向かって灯台のような信号を発する自転する中性子星）の拍動の微妙な不規則性から、時空のさざ波が明らかになるかもしれない。NANOGravの研究者らは10年以上にわたり、アレシボの40個とグリーンバンクの40個の計80個のパルサーを辛抱強く観察してきた。研究者らは最近、最初の12年間のデータに発見の兆しを見出し、アレシボの科学的遺産の一部となる16年間のデータ全体を処理して決定的な結果をすぐに得られることを期待している。

しかし、巨大ブラックホール同士の衝突を正確に特定するという最終目標を達成するには、共同研究にはさらに時間が必要です。アレシボは年間 800 時間をこのプロジェクトに費やしており、グループにはグリーンバンク望遠鏡でそのレベルの観測を行う余裕がありません (もしそうするなら、他の研究を犠牲にしなければなりません)。天文学者は現在、国際パートナーが収集したデータ セットから、現在監視されていない 40 個のパルサーに関する追加情報を得ることを望んでいますが、このプログラムの長期的な可能性に対する期待は、アレシボの受信機とともに崩れ去りました。

「アレシボの喪失によって本当に打撃を受けるのはそこです」とマクラフリン氏は言う。「3、4、5年後には本当に打撃を受け始めるでしょう。」

それでも、天文学界は回復力がある。アレシボの不在は、NSF や他の組織がどの新しいプロジェクトに資金を提供するかを決める際に考慮する電波天文学の新たな特徴となり、研究者が観測時間を申請する際に考慮する要素となるだろう。

そして、その状況は進化し続けている。研究者たちはアレシボの消失を嘆きつつも、中国の500メートル口径球面電波望遠鏡（FAST）の到来を歓迎している。これは世界最大の単一アンテナ電波望遠鏡であり、10年以上の建設と試験を経て、昨年から国際的な天文学者からの提案を受け付け始めた。アレシボの2倍以上の面積を持つこの施設は、現在の構成ではそれほど多くの周波数を受信できないものの、一部の天体ターゲットをより鮮明に受信できるだろう。

電波天文学者たちは、南アフリカとオーストラリアの砂漠に何千もの小型アンテナを設置して1平方キロメートルのデータ収集エリアを建設することを目指す国際プロジェクト、スクエア・キロメートル・アレイの進展にも期待している。この観測所は、他のどの望遠鏡よりも50倍鮮明な電波宇宙の画像を撮影する。30年にわたる計画を経て、来年には建設が開始され、10年後には施設が稼働する可能性があるが、加盟国が開始に必要な10億ドルを調達できるかどうかは不透明だ。

米国の研究者たちは、より小規模なプロジェクト、ディープ シノプティック アレイ 2000 に目を向けている。カリフォルニア工科大学が先頭に立つ DSA-2000 は、直径約 5 メートルのアンテナ 2,000 台を誇る。アレイの価格は比較的安く、推定 1 億ドル。プロジェクトはまだ概念設計段階だが、適切な資金があれば、2010 年代半ばには天空の観測を開始できるだろう。収集エリアは 1 台のアンテナで可能な範囲よりはるかに広くなり、分散アレイは壊滅的な故障に対する脆弱性が低くなる。

しかし、一方で天文学者たちは、大型アレシボ望遠鏡の終焉がアレシボ科学コミュニティの終焉を意味するべきではないと強調する。数十年にわたる運用を経て、この地域は、極低温技術、受信機、および巨大望遠鏡の稼動に必要なその他の機械に関する貴重な専門知識を持つ非常に優秀なエンジニアたちの拠点となっているとマクラフリンは言う。アレシボ望遠鏡のアンテナを完全に再建するための資金が見つからなければ、彼女とヴィルッキは、この場所が他の方法で研究に参加し続けることができると期待している。天文学者たちは、たとえばこのインフラを利用して会議を開催したり、倒れた巨大望遠鏡が残した穴を少なくとも部分的に埋めることができる小さな電波アンテナアレイを設置したりできる。

「やがて、その空白は埋められ始めるでしょう」とマクラフリン氏は言う。「アレシボが今後も貢献し続けることを願っています。」