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| 別名 | GMT |
|---|---|
| の一部 | 米国の超大型望遠鏡計画 |
| 場所 | アタカマ砂漠、コキンボ地方、アタカマ地方、チリ |
| 座標 | 南緯29°02′54″ 西経70°41′01″ / 南緯29.0483° 西経70.6836° / -29.0483; -70.6836 |
| 高度 | 2,516メートル（8,255フィート） |
| 波長 | 320 nm (940 THz)～25,000 nm (12 THz) |
| 構築済み | 2015～2025年 |
| 望遠鏡スタイル | グレゴリアン望遠鏡 |
| 直径 | 25.448 メートル (83 フィート 5.9 インチ) |
| 二次直径 | 3.2 m (10 フィート 6 インチ) |
| 質量 | 2,100 トン (2,100,000 kg) |
| 角度分解能 | 0.01秒角 |
| 収集エリア | 368 m 2 (3,960 平方フィート) |
| 焦点距離 | 18,202.7メートル（59フィート1インチ、665フィート0インチ） |
| Webサイト | ジャイアントマゼラン |
  巨大マゼラン望遠鏡の位置 | |
 コモンズの関連メディア | |
巨大マゼラン望遠鏡（GMT）は、現在チリのアタカマ砂漠にあるラス・カンパナス天文台で建設中の地上設置型の超大型望遠鏡である。主鏡の直径は25.4メートルで、これまでに建設されたグレゴリオ式望遠鏡の中で最大のものになると予想されており、可視光線と中赤外線の波長（320～25,000 nm）を観測する。[1]望遠鏡の運用開始は2030年代初頭と見込まれている。[2] [3] [4] [5]
GMTには世界最大級の鏡が7枚搭載され、合計で368平方メートルの集光面積を誇る。[6] [7]ハッブル宇宙望遠鏡の約10倍、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の4倍の分解能を持つと予想されている。しかし、宇宙望遠鏡と同じ赤外線周波数で観測することはできない。GMTは、太陽系外惑星の生命の兆候の探索や化学元素の宇宙起源の研究など、幅広い天体物理現象の探査に使用される。[8] [9] [10] [11]
GMTの主鏡の鋳造は2005年に始まり、建設は2015年に開始されました。2023年までに7つの主鏡すべてが鋳造され、7つの適応型副鏡の最初のものが建設中であり、望遠鏡マウントは製造段階にありました。望遠鏡の他のサブシステムは設計の最終段階にありました。[12] [13] [14]
このプロジェクトは推定20億ドルの費用がかかり、オーストラリア、ブラジル、チリ、イスラエル、韓国、台湾、米国の7カ国からなる研究機関のコンソーシアムであるGMTOコーポレーションによって開発されている。[15]
サイト
この望遠鏡は、マゼラン望遠鏡も設置されているラス・カンパナス天文台[16]に設置されている。この天文台は、ラ・セレナの北北東約115km 、コピアポの南約180kmに位置し、標高は2,516mである。[17] [18]この場所は1960年以来カーネギー科学研究所が所有している。
ラス・カンパナスは、天文観測に非常に適しており、年間を通じて晴天に恵まれていることから、GMTの設置場所に選ばれました。 [19]周囲のアタカマ砂漠の人口密度の低さと、好ましい地理的条件が相まって、大気汚染と光害が最小限に抑えられています。このため、この地域は長期的な天文観測に最適な場所の1つとなっています。また、この天文台は南半球に位置しているため、天の川銀河の中心、最も近い超大質量ブラックホール（いて座A*）、太陽に最も近い恒星（プロキシマ・ケンタウリ）、マゼラン雲、多数の近傍銀河や太陽系外惑星など、重要な天文ターゲットへのアクセスも可能となっています。[9] [10]
デザインとステータス
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巨大マゼラン望遠鏡のグレゴリアン設計は、たった2つの集光面で最も広い視野で宇宙の最高の画像解像度を生み出し、30メートルクラスの超大型望遠鏡の中で最も光学的に優れたものとなる。[20]
表: 性能仕様
敷地の準備は、2012年3月23日に山頂を平らにするための最初の発破から始まりました。 [21] 2015年11月に現場での建設が開始され、起工式が行われました。2018年1月、WSPは巨大マゼラン望遠鏡の建設を管理する契約を獲得しました。[22]
最初の鏡の鋳造は回転炉で行われ、2005年11月3日に完了した。[23] [24] 3番目のセグメントは2013年8月に鋳造され、[13] [25] 4番目は2015年9月に、[26] 5番目は2017年に、[27] 6番目は2021年に、[11]最後のセグメントは2023年に鋳造された。[14]
最初の鏡の研磨は2012年11月に完了した。[28]
インガソル・マシン・ツールズは、 2021年12月にイリノイ州ロックフォードに巨大マゼラン望遠鏡の架台を製造するための製造施設の建設を完了した。2022年現在、望遠鏡架台の建設は進行中である。この構造物は2025年末にチリに納入される予定である。[29] [30]
囲い
巨大マゼラン望遠鏡の筐体は、チリのアタカマ砂漠の異常気象や地震から望遠鏡の鏡や部品を守る高さ65メートルの構造物です。4,800トンの筐体は3分強で1回転することができ、密閉サイクルの強制空気対流システムを備えており、望遠鏡筐体内の熱平衡を維持し、主鏡表面の周囲の温度勾配を軽減します。[31]
この囲いの設計により、望遠鏡の支柱には、天文台の50年間の耐用年数中に予想される最も強い地震にも耐えられる免震システムが備わり、月に数回発生する頻度は高いが強度はそれほど強くない地震の後でも望遠鏡を迅速に運用に戻すことができる。[31]
2022年3月、エンジニアリング・建築会社IDOMが、2024年までに望遠鏡の筐体設計を完成させる契約を獲得した。[32]
望遠鏡マウント
望遠鏡架台は高さ39メートルの高度計設計で、直径22メートルの支柱の上に設置される。鏡や計器類を除いた場合、重量は1,800トン。鏡や計器類を装着した場合、重量は2,100トンになる。この架台は油膜（厚さ50ミクロン）の上に浮かび、多数の静水圧ベアリングで支えられ、望遠鏡架台が3自由度で摩擦なく滑動できるようにする。[33]
2019年10月、GMTOコーポレーションは、ドイツのMTメカトロニクス（OHB SEの子会社）およびイリノイ州に拠点を置くインガソル・マシン・ツールズと、巨大マゼラン望遠鏡の構造の設計、構築、設置に関する契約を締結したことを発表しました。インガソル・マシン・ツールズは、2021年12月にイリノイ州ロックフォードに巨大マゼラン望遠鏡のマウントを製造するための4万平方フィートの施設の建設を完了しました。2022年現在、望遠鏡マウントの建設が進行中であり、2025年に完了する予定です。[33]
望遠鏡の架台は、望遠鏡の18トンの主鏡を保持し保護する7つの「セル」で構成されています。鏡支持システムには、従来の内部荷重支持フレームはありません。その代わりに、その強度は独自の形状と外部シェルから生まれています。これにより、望遠鏡架台は、そのサイズの割にコンパクトで軽量な設計になっています。また、望遠鏡は非常に堅固で安定しており、風や機械的振動による画質の中断に耐えることができます。[33]
「セル」主鏡支持システムには、空気圧アクチュエータを備えた「アクティブ光学系」が含まれており、主鏡の背面を押して、直径8.4メートルの7つの主鏡にかかる重力と温度変化の影響を補正します。 [34]さらに、CO2ベースの冷却を使用する14の空気処理ユニット（望遠鏡に使用されるこの種のシステムとしては初めて）がミラー支持システムの内部に取り付けられ、空気を循環させます。[35]
密閉サイクルの強制空気対流システムは、望遠鏡筐体内の熱平衡を維持し、主鏡表面全体の熱勾配を減らすために使用されます。[35]
7つのミラーサポートシステムの製造に先立ち、設計上の決定を検証し、性能を実証するための実物大のプロトタイプも構築されました。[33]
2023年4月、OHB Italia SpAはジャイアントマゼラン用の7つのミラーカバーのうち最初の1つを製造し、テストを完了しました。わずか2分強で、カバーは同時に引き込まれ、使用されていないときに世界最大のミラーを保護します。[36]
主鏡
この望遠鏡は、直径8.417メートル（27.61フィート）の世界最大級の鏡7枚を主鏡セグメントとして使用する。これらのセグメントは、1枚の鏡を中央に配置し、他の6枚をその周りに対称に配置する。課題は、外側の6枚の鏡セグメントが軸から外れ、互いに同一ではあるものの、個別に放射状に対称ではないため、通常の研磨およびテスト手順を変更する必要があることである。[37]
鏡はアリゾナ大学スチュワード天文台リチャード・F・カリス鏡研究所によって製作されている。[38]
鏡の鋳造には、日本のオハラ社製のE6ホウケイ酸ガラス20トンが使用され、約12～13週間かかります。 [39]鋳造後、約6か月間冷却する必要があります。[13]鋳造と研磨にはそれぞれ約4年かかり、最も高い山と谷が人間の髪の毛の幅の1/1000よりも小さいほど滑らかな仕上がりになります。[13]
これは軸外セグメントであったため、ミラーを研磨するために、さまざまな新しい光学テストと実験室インフラストラクチャを開発する必要がありました。
目的は、7枚の同一の軸外しミラーを製作することであり、これにより、1～2年に1回、1～2週間（セグメントあたり）かけて再コーティングするセグメントの代わりに予備のミラーを利用できるようになる。[40]望遠鏡全体では7枚のミラーを使用するが、運用開始時には4枚のミラーを使用する予定である。[13]
セグメント1～3は完了している。セグメント4～6は現在研磨とテスト中である。セグメント7は2023年に鋳造される予定である。[13]
主鏡アレイの焦点比（焦点距離÷直径）はf/0.71です。個々のセグメント（直径の3分の1）の焦点比はf/2.14になります。[25]完成した望遠鏡の全体的な焦点比はf/8で、光学処方は無収差グレゴリアン望遠鏡です。すべての現代の大型望遠鏡と同様に、適応光学を使用します。[41] [42]
科学者たちは、非常に大きな口径と高度な適応光学により、非常に高品質の画像が得られると期待している。画像品質は20分角の視野で投影され、0～20分角の範囲で補正可能である。画像は、約160キロメートル（100マイル）離れたところから米国の10セント硬貨に刻まれたトーチを解像できるほど鮮明であり、ハッブル宇宙望遠鏡の性能を超えると予想されている。[43]
パサデナにあるカーネギー天文台のオフィスには、巨大マゼラン望遠鏡の主鏡アレイの輪郭が駐車場に描かれている。衛星画像では、34°09′21″N 118°08′00″W / 34.15591°N 118.13345°W / 34.15591; -118.13345 で簡単に見ることができる（巨大マゼラン望遠鏡の輪郭図）。[44]
副鏡と補償光学
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巨大マゼラン望遠鏡の適応型副鏡は、直径約1.1メートルの7つのセグメントで構成されています。これらは変形可能な「適応光学」ミラーであり、望遠鏡によって集められた光の大気による歪みを補正する役割を担っています。適応型副鏡は、7000個以上の独立制御ボイスコイルアクチュエータに接着された薄いガラス板で構成されています。各セグメントは、地球の大気による光学的なぼやけ効果を補正するために、厚さ2ミリメートルの表面を1秒間に2000回変形/再形成することができます。[8]
最初の区間は2022年8月現在建設中で、2024年に完成する予定である。[8]
巨大マゼラン望遠鏡には、3 つの補償光学モードが搭載されます。
- 地上層適応光学 (GLAO): グレゴリアン設計と統合適応光学システムにより、広い視野で地上層の大気の乱気流を補正し、可視から近赤外線までの自然観察画像の品質を 20 ～ 50% 向上させます (赤色波長で最大の改善が見られます)。ジャイアント マゼランは、あらゆる機器で GLAO 補正画像を受信できる波面センサーを使用しています。
- 自然ガイド星適応光学 (NGAO): NGAO は、単一の自然ガイド星 (明るい) を使用して、直径数秒角の視野にわたって、0.6 μm から中赤外線までの波長で、回折限界の高ストレール比画像 (K バンドで 75 % を超えるストレール) を提供します。
- レーザー トモグラフィー アダプティブ オプティクス (LTAO): LTAO は、6 つのレーザー ガイド星と 1 つの自然ガイド星 (暗い) を使用して、NGAO よりもはるかに広い視野 (1μm で約 20 インチ) にわたって赤外線波長で中程度のストレール比 (H バンドで 30% を超えるストレール) でほぼ全天に方向制限性能を拡張し、このモードを使用するように設計されたすべての機器で利用できます。
ジャイアントマゼランは、全視野にわたって地上層適応光学を備えた唯一の30メートル級望遠鏡である。[45]
科学機器
巨大マゼラン望遠鏡のグレゴリアン設計は、一度に数百の物体を観測できる広視野撮像装置や分光器から、太陽系外惑星を研究し、さらには生物の痕跡を発見できる高解像度撮像装置や分光器まで、最大 10 台の可視から中赤外線の科学機器を収容できます。各科学機器は、望遠鏡の 4 つの観測モードを活用できるように設計されています。
この望遠鏡には、小型ロボットポジショナーを使用して分光器の機能を拡張する高度な光ファイバーシステムが搭載され、20分角の全視野にわたって30メートルクラスのすべての望遠鏡で最高の解像度にアクセスできるようになります。このシステムを使用すると、1台以上の分光器を使用して視野全体にわたって複数のターゲットを観察できます。これにより、望遠鏡は比類のない解像度と感度でより暗い物体を見ることができます。この利点は、分光法や、深宇宙の天体の距離、力学、化学、質量の正確な測定に非常に強力です。
- GMTコンソーシアム大型地球探査機（G-CLEF） - 光学バンドエシェル分光器[46]
- GMT多天体天文宇宙分光器（GMACS） – 可視多天体分光器[47]
- GMT 積分場分光器 (GMTIFS) – 近赤外 IFU および AO イメージャ[48]
- GMT近赤外分光器（GMTNIRS） – 近赤外分光器[49]
- マニフェスト（MANIFEST） - 施設ファイバーシステム[50]
さらに、コミッショニングカメラ（ComCam）は、GMT施設の適応光学システムの地上層適応光学性能を検証するために使用されます。[51]
巨大マゼラン望遠鏡の科学的推進力には、生命の探索における親星のハビタブルゾーンにある惑星の研究、暗黒物質、暗黒エネルギー、重力、その他多くの基礎物理学の側面の性質、最初の星と銀河の形成と進化、ブラックホールと銀河の共進化などが含まれます。[52]
比較
巨大マゼラン望遠鏡は超大型望遠鏡と呼ばれる新しいタイプの望遠鏡の一つで、それぞれの設計は既存の地上望遠鏡よりもはるかに大きい。[53]他に計画されている超大型望遠鏡には超大型望遠鏡と30メートル望遠鏡がある。[54]
組織
巨大マゼラン望遠鏡は、オーストラリア、ブラジル、チリ、イスラエル、韓国、台湾、米国の7か国を代表する研究機関の国際コンソーシアムであるGMTOコーポレーションの成果である。[9] [57] GMTOコーポレーションは、カリフォルニア州パサデナとチリのサンティアゴに事務所を置く非営利の501(c)(3)組織である。同組織はチリ政府と確立された関係を有しており、チリの大統領令により「国際組織」として認められている。この望遠鏡はチリ大学との協力協定に基づいて運用されており、チリの機関に勤務する天文学者に観測時間の10%が与えられている。[58] [8]以下の組織が望遠鏡を開発しているコンソーシアムのメンバーである。[59]
巨大マゼラン望遠鏡は、2018年現在、米国超大型望遠鏡計画（US-ELTP）の一部である。US-ELTPは、米国を拠点とする天文学者に、米国国立科学財団の資金提供による巨大マゼラン望遠鏡と30メートル望遠鏡の両方への全天観測アクセスを提供する。このプログラムは、米国科学アカデミーの Astro2020十年調査で地上ベースの最優先事項にランク付けされており、US-ELTPは「宇宙でも地上でも比類のない観測能力を提供し、まだ予想されていない新しい観測と発見のための巨大な発見空間を開く」と指摘されている。[60]
参照
参考文献
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外部リンク
- 巨大マゼラン望遠鏡ホームページ
- GMTを支える技術に関するパトリック・マッカーシー所長の講演
- MITニュースオフィスの記事
- 望遠鏡に関するニューサイエンティストの記事
- 望遠鏡に関するCOSMOSの記事
- パサデナのカーネギー研究所の天文台の駐車場にある鏡の輪郭が描かれている
- J. ローゼンバーグ – 星を見る (2013) – ハーバード マガジン
- J. デイビス – 巨大マゼラン望遠鏡の鏡の製作 (2013) – 惑星協会
