高コスト、高リスク、高期待：100億ドルのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の打ち上げには多くのものがかかっている

NASAが100億ドルを投じてフランス領ギアナから打ち上げるジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、何千人もの天文学者が一世代にわたって追い続けてきた物語の勝利となるかもしれない。あるいは、最も深い悲劇をもたらすかもしれない。

いずれにせよ、クライマックスはクリスマスの朝から展開される予定であり、ホリデー映画にふさわしいストーリー展開となるだろう。

「この望遠鏡の打ち上げを23年間待ちました」とワシントン大学の天文学者エリック・アゴル氏はGeekWireに語った。

アゴル氏はあまりにも長い間待ち続け、その間に研究の焦点は完全に変化しました。1998年、次世代宇宙望遠鏡がまだ構想段階だった頃、彼は重力レンズ効果を受けたクエーサーを研究していました。

「当時、私は地上の望遠鏡、特にハワイのケック宇宙望遠鏡を使って科学研究をしていました」とアゴル氏は語る。「私たちは半夜かけて遠くのクエーサーを観察していましたが、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使えば、同じ観測を数ミリ秒で行うことができると計算したのです。」

現在、彼は太陽系外惑星の研究に取り組んでおり、地球から39光年離れた生命居住可能な可能性のある惑星系であるTRAPPIST-1に特に注力しています。この望遠鏡の汎用性の高さは、このプロジェクトにも同様に劇的な効果をもたらすと期待されていることからも明らかです。

「ジェームズ・ウェッブは、この惑星系における驚異的なデータを提供してくれるでしょう」とアゴル氏は述べた。「それぞれのトランジットは、これらの惑星に大気の兆候があれば、スペクトル情報も提供してくれるでしょう。地球に似た可能性のある惑星の大気を探査できる、非常に大きなチャンスが得られた初めての観測です。」

しかし、まず望遠鏡は地球から100万マイル離れた深宇宙の、太陽・地球L2と呼ばれる重力バランスポイントに設置されなければなりません。

クリスマスの打ち上げは最初のステップです。NASAと欧州宇宙機関（ESA）の合意に基づき、JWSTはフランス領ギアナにあるESAの宇宙港から、欧州のアリアン5ロケットに搭載されて打ち上げられます。技術的な懸念と天候による度重なる延期の後、打ち上げは12月25日午前9時20分（太平洋標準時午前4時20分）以降に予定されており、世界中の天文学者の休暇計画を複雑化させています。

「親たちは、子供たちが楽しいクリスマスを過ごせるようにパンケーキやプレゼントの予定を立てなくてはならないが、同時にジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の打ち上げも見なくてはならない」とワシントン大学の天文学者エミリー・レベスク氏は言う。

NASAはクリスマスの朝、太平洋標準時午前3時にストリーミング中継を開始する予定だ。

前例のないリスク

この打ち上げは冗談で済ませられるものではありません。何年もの遅延と数十億ドルのコスト超過を経て実現したのです。（私が2007年にJWSTについて書いた当時、現在100億ドルの観測所の費用は35億ドルと見積もられており、打ち上げは2013年に予定されていました。）

この望遠鏡は設置場所の都合上、打ち上げ後は宇宙飛行士によるメンテナンスが不可能です。これはハッブル宇宙望遠鏡とは異なります。ハッブル宇宙望遠鏡は、鏡の欠陥により、打ち上げから3年後にスペースシャトルの乗組員による大規模な修理を余儀なくされました。

よくある質問： NASAによるジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の簡単な概要

JWSTの鏡は幅が6.5メートル（21.3フィート）と非常に大きいため、アリアン5号のフェアリングに収まるように折り紙のように折りたたむ必要があります。つまり、鏡と、望遠鏡の繊細な機器を太陽のまぶしさから守る多層スクリーンは、打ち上げ後に展開しなければなりません。ソフトウェアに問題が発生した場合、探査機は飛行中に再プログラムできますが、ハードウェアに問題が発生した場合、ミッション全体が失敗する可能性があります。

「もし誰かがこれをできるとしたら、それはNASAです」とレベスク氏は言った。「信じられないほど複雑な打ち上げと展開です。完璧に実行しなければならないステップが山ほどあります。彼らはまた、すべてを可能な限り完璧にしようと何年も努力してきました。私は他の皆と同じように、きっと不安になるでしょう。宇宙打ち上げやこれほど複雑なミッションは、決して定型的なものではありません。しかし、もし誰かがこれを成功させられるとしたら、それはNASAです。」

このドラマは、いわば数週間かけて展開される予定だ。レベスク氏がカレンダーに印を付けた最後の心配事は、JWSTがL2地点に到着予定の1月下旬だ。

地球と太陽の重力が一直線に並ぶため、探査機は地球の影の中で安定した位置に留まるために最低限のスラスター噴射を必要とします。しかし、望遠鏡がファーストライト（観測開始）と本格的な科学観測運用を開始するまでには、さらに数ヶ月かかるでしょう。

前例のないリターン

NASAは10年以上にわたり、30年以上も稼働しているハッブル宇宙望遠鏡の後継機としてジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を宣伝してきた。

ハッブル宇宙望遠鏡と同様に、JWSTの観測機器は、太陽系内の世界や小世界から遠くの恒星を周回する異星の惑星、天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールから観測可能な宇宙の端まで、天文学のあらゆる領域にわたる発見を行えるように設計されている。

ウェッブ望遠鏡の18分割鏡は、ハッブル望遠鏡の鏡の約7倍の集光能力と、はるかに広い視野を誇ります。しかし、ウェッブ望遠鏡はハッブル望遠鏡とは根本的に異なります。それは、ハッブル望遠鏡が紫外線、可視光、赤外線といった幅広い波長範囲を観測するのに対し、ウェッブ望遠鏡は赤外線で宇宙を観測するように設計されている点です。

つまり、公開される画像は、スピッツァー宇宙望遠鏡の画像と同様に、赤外線スペクトルの変化を反映して色分けされる可能性が高くなるということです。赤外線望遠鏡は、覆い隠された塵の層を透かして原始惑星系円盤内部で何が起こっているかを観察したり、相対論的赤方偏移の影響を受ける宇宙の境界をマッピングしたりするのに特に適しています。

レベスク氏は、JWSTの赤外線観測データが、宇宙最大の星がどのように進化し、死ぬかに焦点を当てた自身の研究に貢献することを期待している。

今週のギーク：エミリー・レヴェスクが巨大な星々を眺め、天文学の歴史を振り返る

「私が研究している死にゆく大きな星、赤色超巨星のいくつかは、赤外線で研究すると実に興味深くなります」と彼女は語った。

一例として、ベテルギウスが挙げられます。この星は数年前、謎の減光と増光を繰り返し、大きな話題となりました。天文学者たちは最終的に、この減光は塵の雲によって引き起こされた可能性が高いと結論づけました。

「もしジェームズ・ウェッブがベテルギウスを観測できていたなら、全く異なるものが見えていたはずです。なぜなら、私たちの目で見る光を遮るあの塵が、実は輝いてかなりの量の赤外線を発しているからです」とレベスク氏は述べた。「地上からそのような観測を行うことはできないため、これまで不可能だった全く新しい方法でこれらの星を観測できることになります。」

しかし、JWST が L2 への旅を無事に乗り切ったと仮定した場合、レベスク氏が最も期待しているのは、天文学者が予想していなかった発見だ。

「ハッブル宇宙望遠鏡の有名な観測、ハッブル・ディープ・フィールドがあります。ハッブル望遠鏡を空の何もない一角に向け、非常に長い距離を撮影するのです」と彼女は言った。「そして、その画像が戻ってくると、そこには壁一面の遠くの銀河が映し出されていました。それは、遠く離れた宇宙の姿を捉えた、息を呑むような画像でした。その驚異的な画像に、誰もが驚きました。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のそれと同等のものがどんなものになるのか、今から楽しみです。」

ウェッブが何をもたらすかについてレベスクが語るのを聞いていると、サンタクロースを待つ子供のことを思い出さずにはいられません。

「クリスマスが楽しみです」と彼女は言った。

JWSTに関する5つの事実

• この望遠鏡は、1961年から1968年までNASA長官を務めた故ジェームズ・ウェッブ氏にちなんで命名されました。一部の天文学者からは、ウェッブ氏が1950年代から60年代にかけてLGBTQ（性的マイノリティ）の職員に対する政府の差別に加担したとして、ウェッブ氏の名前の削除を求める声が上がっています。しかし、NASAはウェッブ氏の名称は今後も維持するとしています。
• JWSTは、メリーランド州にあるNASAゴダード宇宙飛行センターの監督の下、ノースロップ・グラマン社によって建造され、カリフォルニア州からパナマ運河を経由してフランス領ギアナへ輸送された。この航海の詳細は秘密にされていたが、これは望遠鏡を人質に取ろうとする海賊行為を阻止するためでもあった。NASAとの提携契約に基づき、欧州宇宙機関（ESA）は観測時間の少なくとも15%を保証されていた（実際には30%しか観測できなかった）。
• この望遠鏡には、近赤外線カメラ（NIRCam）、近赤外線分光器（NIRSpec）、中赤外線観測装置（MIRI）、そしてカナダ宇宙庁の精密誘導センサー/近赤外線イメージャーおよびスリットレス分光器（FGS/NIRISS）という4つの科学機器が搭載されています。
• JWSTの鏡と検出器は、正常に動作させるために、華氏マイナス388度（摂氏マイナス40度、摂氏マイナス233度）まで冷却する必要があります。これは大きな課題です。太陽放射によって望遠鏡のサンシールドの「高温側」が沸騰温度近く、華氏185度（摂氏85度）まで加熱されると予想されるためです。
• この望遠鏡は少なくとも5年半（校正に6ヶ月、科学観測に5年間）の運用を想定して設計されていますが、科学者たちはそれよりもずっと長く運用されることを期待しています。運用の限界となるのは、L2のハロー軌道を維持するための燃料だと予想されています。少なくとも10年間は​​十分な燃料があり、NASAが本当に望めば、理論的には宇宙船への燃料補給も可能です。

ワシントン大学の天文学者エミリー・レベスク氏は、世界最高性能の望遠鏡を使う人々の舞台裏を描いた著書『The Last Stargazers』のペーパーバック版の発売を記念し、対面およびオンラインイベントを企画しています。最初のイベントは1月4日にシアトルのAda's Technical Booksで開催されます。また、1月5日にはThird Place Books主催のオンラインイベント、1月21日にはPaper Boat Booksellersでイベントが開催されます。