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空中観測所とは、天体望遠鏡を搭載した飛行機または飛行船のことです。望遠鏡を十分に高い高度まで運ぶことで、雲や大気汚染を避け、赤外線を吸収する大気中の水蒸気よりも高い位置で赤外線スペクトルでの観測を行うことができます。この方式の欠点としては、昇降プラットフォームの不安定性、機器の重量制限、観測後の機材の安全な回収の必要性、そして同等の地上観測所と比較した場合のコストなどが挙げられます。
1920年から1980年にかけて、複数回の日食観測が行われた。NASAは1965年に初の専門的な航空機搭載型天文台であるガリレオを開発した。最新の航空機搭載型天文台であるSOFIAは2022年に運用を終了した。
飛行機から天体を観測する最初の試みは、1920年に複葉機から行われた。1960年までは、そのような観測の主な対象は日食であった。[ 2 ]
1923年、アメリカ海軍はフェリクストウF5L複葉機を含む16機の飛行機から9月10日の日食を観測し、「空中から日食の中心線を決定する」ことを試みた。日食の写真は記録されなかった。士官で写真家のアルバート・ウィリアム・スティーブンスはこの遠征のパイロットの一人であり、彼は「空中天文学の父」と呼ばれることもある。[ 2 ]今度は飛行船から日食を観測する別の試みがあった。1925年1月24日、アメリカ海軍天文台とアメリカ標準局は、エドウィン・テイラー・ポロック大尉をリーダーとして、ニューヨーク市上空のUSSロサンゼルス飛行船から皆既日食を観測するために天文学者のグループを集めた。 [ 3 ] [ 1 ]彼らは太陽コロナの内側と外側の部分を捉えるために「2組の望遠カメラ」と分光器を使用した。この探検は大きな宣伝効果を得たが、観測はあまり成功しなかった。飛行船はあまり安定しておらず、写真もぼやけていた。[ 4 ]次の試みは成功した。1930年4月28日のカリフォルニア州ハニー湖での日食を観測するために海軍天文台が行った探検隊は、カメラを搭載したヴォート02U-1飛行機で「影の接近」を記録した。[ 2 ]
陸軍航空隊とナショナルジオグラフィック協会は、1932年8月31日の日食を観測するために別の探検隊を組織した。陸軍航空隊のチャールズ・D・マカリスター中尉とともに、スティーブンスは日食中に地球に投影された月の影の最初の写真を撮影した。[ 5 ] [ 2 ] [ 6 ]
カナダ空軍は、1945年7月9日の日食を「スピットファイア1機、ミッチェル1機、アンソン2機」の計4機で観測した。うち3機は、7台の標準的な航空写真カメラを使用し、「自動的に露出を取るように調整」した。 [ 2 ] 1948年5月8日の日食については、ナショナルジオグラフィック協会が複数の地上局と悪天候に備えて2機の予備機を組織した。アリューシャン列島に駐留していた2機のB-29が、日食の観測と撮影に成功した。[ 2 ]
1954年6月30日の日食では、「特別なリンカーン航空機の開いたドアから」観測が行われた。写真は「コロナの明るさと偏光、空の明るさと偏光を導き出す」のに役立った。1960年代にはいくつかのミッションが行われた。ロスアラモス科学研究所（LASL）の3機のNC-135飛行機が1965年から1980年にかけて日食観測に使用された。これらの飛行機は原子力委員会によって運用された。[ 2 ]
1973年、フランスのコンコルド試作機、c/n 001は、フランスの試験プログラムの最後に、1973年6月30日の日食観測ミッションのために屋根に舷窓が取り付けられるように改造されました。観測機器が機内に設置され、航空機は月の影の中を74分間アフリカ上空を飛行しました。科学者の1人はドナルド・リーベンバーグで、彼は以前にLASLのNC-135に搭乗したことがあります。[ 7 ] [ 2 ]この飛行機は現在、ル・ブルジェ航空宇宙博物館に日食塗装で常設展示されており、舷窓も展示されています。[ 8 ]
NASAは、2機の改造されたWB-57Fジェット機を使用して、2017年8月21日の皆既日食を追跡しました。飛行機の機首に望遠鏡が搭載され、太陽コロナのこれまでで最も鮮明な画像と、水星の史上初の熱画像を撮影することができ、惑星表面の温度がどのように変化するかが明らかになりました。毎秒30回撮影された高解像度画像は、コロナ内の波動運動を分析し、波が太陽表面に向かって移動するのか、それとも太陽表面から離れる方向に移動するのか、またその強さと大きさはどの程度なのかを調べます。[ 9 ]
NASA初の空中観測機ガリレオは、改造されたコンベア990でした。1965年5月30日の日食観測で初飛行しました。日食中にグリエルモ・リギーニが機体から木星の衛星を発見したことから、ガリレオと名付けられました。 [ 2 ]ガリレオは1973年に空中衝突で破壊されるまで使用されました。[2][10] 日食、池谷-関彗星、惑星の赤外線観測、ジャコビニド流星群の観測に使用されました。惑星科学者のジェラード・P・カイパーは、近赤外線での金星観測[ 11 ]と火星の衝の観測を行いました。同じくコンベア990であるガリレオIIは、ごく短期間使用されました。[ 2 ]
大気による赤外線の吸収を避けるため、フランク・J・ロウは航空機に搭載できる装置を開発し、 1965年と1966年にアメリカ海軍のダグラスA-3スカイウォーリアーに2インチ望遠鏡を搭載して初めて使用した。 [ 12 ] 1966年にロウは開口部のある12インチ望遠鏡を搭載したリアジェット天文台を提案し、1968年に初飛行を行った。これにより赤外線天文学が可能になり、他の発見の中には「木星と土星の内部エネルギーの最初の測定、オリオン大星雲の遠赤外線観測、星形成領域と天の川銀河の中心にある明るい赤外線源の研究」や、分光法を用いて金星の雲の性質を決定することなどがある。[ 2 ]
1974年に初飛行したカイパー空中天文台（KAO）は、赤外線観測を行うためにロッキードC-141スターリフタージェット輸送機に搭載された口径36インチ（91cm ）のカセグレン反射望遠鏡で構成されていた。ジェラード・P・カイパーにちなんで名付けられた。KAOは1974年から1995年まで運用され、通常は年間約70回の飛行を行った。その発見には以下が含まれる：[ 2 ]
天王星の環の発見、彗星中の水蒸気の検出、冥王星の大気の発見、超新星1987aの組成、構造、および力学、銀河中心の光度、塵、およびガスの分布、星間物質の衝撃を受けたガス成分からの放射、および星形成雲の構造。
口径の点では、現在までに航空機に搭載された最大の機器は、成層圏赤外線天文台（SOFIA）プロジェクトのために改造されたボーイング747に搭載された2.7m （110インチ）反射望遠鏡です。この機器は2010年に天体観測に使用されました。[ 13 ] 2015年6月29日、準惑星冥王星が遠方の恒星と地球の間を通過し、ニュージーランド付近の地球上に影を落としたため、SOFIAは冥王星の大気を研究することができました。[ 14 ]
望遠鏡を十分に高い高度まで運ぶことで、雲や汚染を避け、赤外線スペクトルでの観測を大気中の水蒸気よりも高い高度で行うことができます。水蒸気は赤外線を吸収します。飛行機を使用することで、望遠鏡を必要な位置に正確に配置することもできます。 [ 2 ]この方法の欠点としては、昇降プラットフォームの不安定性、機器の重量制限、後で機材を安全に回収する必要性、同等の地上観測所と比較した場合のコストなどが挙げられます。
航空機搭載型天文台は、乗組員、パイロット、燃料が必要なため、運用コストが非常に高い。[ 15 ] SOFIA天文台の年間運用コストは、ハッブル宇宙望遠鏡の運用コストとほぼ同じだった。[ 16 ]
日食帯の中心線付近、高度5マイルを飛行していたナショナルジオグラフィック協会の日食探査隊の航空部隊は、陸軍航空隊のアルバート・W・スティーブンス大尉とチャールズ・D・マカリスター中尉の指揮の下、皆既日食の間、遮るもののない視界を確保した。…
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