美しい天体写真には「隠された秘密」がある

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遥かなる夜空が織りなす天体写真には、理屈なく惹きこまれる魅力がある。しかしこれらの美しい写真はただ撮影されたものではなく、テクノロジーによりもたらされた恩恵なのだ。天文学者トラヴィス・レクターが出版した自著を通して、宇宙への思いとその「秘密」を語った。

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2/21惑星状星雲PuWe1。 水素(赤)・酸素O-IIIフィルター(青)を使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

Taken Under the

3/21小マゼラン雲として知られる矮小銀河。銀河系でもっとも近く、南半球赤道近くから肉眼で見ることができるほど明るく輝いている。X線フィルターや赤外線フィルターなど使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA, ESA, CXC AND THE UNIVERSITY OF POTSDAM, JPL-CALTECH, AND STSCI

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4/21はくちょう座の網状星雲近傍にある、フィラメント状のはくちょう座ループ。5000年-1万年前に爆発してできた星の残骸。水素(赤)・硫黄(緑)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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5/21月と星や銀河を合成した写真。PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR & I.P. DELL'ANTONIO (NOAO/AURA/NSF)

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6/21アメリカアリゾナ州にあるキットピーク国立天文台で撮影されたSh2-126(とかげ座の散光星雲)の写真。酸素(青)・硫黄(緑)・水素(赤)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

Rare Explosion May Have Created Our Galaxy's Youngest Black Hole

7/21超新星残骸W49B。最近銀河系に形成されたと見られるブラックホールの可能性がある。PHOTOGRAPH COURTESY OF X-RAY: NASA/CXC/MIT/L.LOPEZ ET AL.; INFRARED: PALOMAR; RADIO: NSF/NRAO/VLA

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8/21へび座にあるわし星雲。この画像は、ハッブル宇宙望遠鏡広域惑星カメラ2で、1995年4月1日に撮影された。硫黄(赤)・水素(緑)・酸素(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA, ESA, STSCI, J. HESTER AND P. SCOWEN (ARIZONA STATE UNIVERSITY)

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9/21はくちょう座に位置している北アメリカ星雲。水素(赤)・酸素(緑)・硫黄(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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10/21ウォルフ・ライエ星/キットピーク国立天文台 水素(赤)・硫黄(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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11/21巨大な超新星残骸、はくちょう座ループの近傍にあるIC1340。PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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12/21いっかくじゅう座に位置する散光星雲であるばら星雲(NGC 2237)。中央に風が発生し、穴を形成している。水素(赤)・酸素(緑)・硫黄(青)フィルターを使用

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13/21ハート型をした小さな発光星雲Sh2-82。PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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14/21わし星雲。酸素(青)・酸素(緑)・硫黄(赤)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR AND B.A. WOLPA (NRAO/AUI/NSF)

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15/21オリオン座にある、IC-434を含む暗黒星雲「馬頭星雲」。水素(赤)・酸素(緑)・硫黄(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (NOAO/AURA/NSF) & HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA/NASA)

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16/21はくちょう座X-1ブラックホールもある。水素(赤)・硫黄(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

Massive Star Makes Waves

17/21風が吹く370光年離れた、へびつかい座ゼータ星/スピッツァー宇宙望遠鏡で赤外線フィルタを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA/JPL-CALTECH

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18/21NASAのハッブル宇宙望遠鏡が10年間にとらえた写真を合成した写真。多重露光から1枚の写真にすることで、約5,500個の銀河が見える。PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA; ESA; G. ILLINGWORTH, D. MAGEE, AND P. OESCH, UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SANTA CRUZ; R. BOUWENS, LEIDEN UNIVERSITY; AND THE HUDF09 TEAM

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19/21象の鼻星雲(Elephant Trunk nebula)。水素(赤)・硫黄(青)・赤外線(オレンジ)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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20/21星雲Sh2-239には、2つのクラスタがある。赤外線(オレンジ)・水素(赤)フィルター使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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21/21こぎつね座にある暗黒星雲LDN 810。赤外線フィルター(赤)使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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おおぐま座にある銀河M82。この画像は、ハッブル宇宙望遠鏡/人工衛星チャンドラスピッツァー宇宙望遠鏡からの波長の異なるデータを統合した画像。X線(青)・赤外線(赤)・水素(オレンジ)Hαフィルター使用PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA, ESA, CXC, AND JPL-CALTECH

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惑星状星雲PuWe1。 水素(赤)・酸素O-IIIフィルター(青)を使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

Taken Under the

小マゼラン雲として知られる矮小銀河。銀河系でもっとも近く、南半球赤道近くから肉眼で見ることができるほど明るく輝いている。X線フィルターや赤外線フィルターなど使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA, ESA, CXC AND THE UNIVERSITY OF POTSDAM, JPL-CALTECH, AND STSCI

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はくちょう座の網状星雲近傍にある、フィラメント状のはくちょう座ループ。5000年-1万年前に爆発してできた星の残骸。水素(赤)・硫黄(緑)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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月と星や銀河を合成した写真。PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR & I.P. DELL'ANTONIO (NOAO/AURA/NSF)

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アメリカアリゾナ州にあるキットピーク国立天文台で撮影されたSh2-126(とかげ座の散光星雲)の写真。酸素(青)・硫黄(緑)・水素(赤)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

Rare Explosion May Have Created Our Galaxy's Youngest Black Hole

超新星残骸W49B。最近銀河系に形成されたと見られるブラックホールの可能性がある。PHOTOGRAPH COURTESY OF X-RAY: NASA/CXC/MIT/L.LOPEZ ET AL.; INFRARED: PALOMAR; RADIO: NSF/NRAO/VLA

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へび座にあるわし星雲。この画像は、ハッブル宇宙望遠鏡広域惑星カメラ2で、1995年4月1日に撮影された。硫黄(赤)・水素(緑)・酸素(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA, ESA, STSCI, J. HESTER AND P. SCOWEN (ARIZONA STATE UNIVERSITY)

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はくちょう座に位置している北アメリカ星雲。水素(赤)・酸素(緑)・硫黄(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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ウォルフ・ライエ星/キットピーク国立天文台 水素(赤)・硫黄(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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巨大な超新星残骸、はくちょう座ループの近傍にあるIC1340。PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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いっかくじゅう座に位置する散光星雲であるばら星雲(NGC 2237)。中央に風が発生し、穴を形成している。水素(赤)・酸素(緑)・硫黄(青)フィルターを使用

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ハート型をした小さな発光星雲Sh2-82。PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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わし星雲。酸素(青)・酸素(緑)・硫黄(赤)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR AND B.A. WOLPA (NRAO/AUI/NSF)

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オリオン座にある、IC-434を含む暗黒星雲「馬頭星雲」。水素(赤)・酸素(緑)・硫黄(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (NOAO/AURA/NSF) & HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA/NASA)

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はくちょう座X-1ブラックホールもある。水素(赤)・硫黄(青)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

Massive Star Makes Waves

風が吹く370光年離れた、へびつかい座ゼータ星/スピッツァー宇宙望遠鏡で赤外線フィルタを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA/JPL-CALTECH

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NASAのハッブル宇宙望遠鏡が10年間にとらえた写真を合成した写真。多重露光から1枚の写真にすることで、約5,500個の銀河が見える。PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA; ESA; G. ILLINGWORTH, D. MAGEE, AND P. OESCH, UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SANTA CRUZ; R. BOUWENS, LEIDEN UNIVERSITY; AND THE HUDF09 TEAM

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象の鼻星雲(Elephant Trunk nebula)。水素(赤)・硫黄(青)・赤外線(オレンジ)フィルターを使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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星雲Sh2-239には、2つのクラスタがある。赤外線(オレンジ)・水素(赤)フィルター使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

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こぎつね座にある暗黒星雲LDN 810。赤外線フィルター(赤)使用 PHOTOGRAPH COURTESY OF T.A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

いまや誰もが1クリックすれば、NASA(米国航空宇宙局)の膨大なフォトアーカイヴを見れる世の中だ(しかも無料だ)。火星探査機・キュリオシティーから届く写真もInstagramに投稿されている。わたしたちはこれら天体写真がいかに複雑で素晴らしい技術的進歩によって撮影されているのかを忘れがちである。

天文学者トラヴィス・レクターは、自身執筆した『Coloring the Universe』を通して、わたしたちにその事実を教えてくれている。

彼は「天体撮影」の専門家だ。これまでにハッブル宇宙望遠鏡やニューメキシコ州にある超大型干渉電波望遠鏡群などを使って、20年に渡り実に250枚以上の天体写真を撮影してきた。レクターはこの本で、共同著者でチャンドラX線天文台のキム・アーカンドとメーガン・ワツキーとともに、NASAがどのようにしてこれらの「美しい天体写真」を撮影してきたのかを、写真家の感性をもとに解説してくれている。

「天体写真を見たとき、人々は『宇宙は本当にこんな色なの?』『本当にこんなかたちなのか?』と多くの疑問を抱くものです」とレクター氏は言う。「わたしたちはその疑問に答え、より楽しく天体写真を鑑賞できるようにこの本を書いたのです」

インターネット時代の幕開け

19世紀半ば以来、天文学者たちは、月にはじまり、太陽やさらに遠くの星々へとレンズを向けてきた。20世紀初頭には屈折式天体望遠鏡と反射式天体望遠鏡が主流となり、世紀半ばまで徐々に大型化していった。

1970年代にエレクトロイメージング(電子撮像)が発達すると、NASAなどは多面反射望遠鏡やハッブル宇宙望遠鏡のような宇宙望遠鏡を利用し始めた。これが1990年、天体写真をインターネットの時代へと導いた始まりだ。それから4年後、ハッブル宇宙望遠鏡がシューメーカー・レヴィ第9彗星が木星に衝突する瞬間の撮影に成功したときは、その画像を一目見ようとした人々のアクセスが世界中から殺到し、NASAのサーヴァーが一時的にダウンしてしまったほどだ。

「このエピソードは、インターネットがいかに効率よく最新画像や科学の発見を世界に発信できるかを物語っています。いまでは当たり前のように感じられますが」とレクター氏は言う。

美しく彩るためのテクノロジー

レンズをただ空に向けただけでは、天体写真を撮影することはできない。最高の天体写真は、ハッブル宇宙望遠鏡やジェミニ天文台に搭載された特殊なカメラによって撮影される。

ハッブルを例に挙げよう。まず科学者たちは観測したい宇宙の一角に向けて、正確に望遠鏡を0.007秒(角度)の状態にする。天文学における〈1秒〉は〈1度の3,600分の1〉だ。

数字だけでもその驚異的な精度がわかるが、例えるならば300km先の10セント硬貨にレーザーを当てられる程だという。望遠鏡のレンズに届く入射光は、直径約2.4mの主鏡によって反射され、副鏡に届き、光は最終的に複数のカメラが搭載された光学機器に集光する。

NASAによると、ハッブルは0.05秒(角度)の大きさの物体を見つけることができる。これは、ワシントンにいながら東京にいる2匹の蛍を見分けられる精度だ。望遠鏡は画像をモノクロで撮影し、特定の波長だけを通す「フィルター」を使用して色を再現することで、わたしたちの目に色鮮やかにうつる天体写真が完成するのである。

左から水素Hαフィルター(赤)、硫黄フィルター(青)、Iバンドフィルター(オレンジ)で取得した画像。いちばん右はこれら3つを合成した画像。PHOTOGRAPHS COURTESY OF T. A. RECTOR (UNIVERSITY OF ALASKA ANCHORAGE) AND H. SCHWEIKER (WIYN AND NOAO/AURA/NSF)

2018年、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に引き継がれる予定のハッブル宇宙望遠鏡は、1990年の打ち上げから約26年間にわたって望遠鏡以上の役割を果たしてきた。ハッブルははるか宇宙の起源へとわたしたちを連れて行ってくれる“タイムマシーン”なのだ。NASAによると、ハッブル宇宙望遠鏡はこれまでに138億光年先の場所をいくつも観測し、100テラバイトのデータを集めてきたという。データが地上に送られてくるまでの気持ちをレクターは次のように語っている。

「ハッブルからデータが届くときは、いつもクリスマス気分になるんです。送られてきた画像を見るまでは他のことにまったく集中できないくらい」(レクター)

Coloring the Universe, University of Alaska Press, 2015.

レクターは自著『Coloring the Universe』に登場する多くの画像を手がけた。例えば、「象の鼻星雲」(冒頭のギャラリー#19)と呼ばれる散光星雲「IC1396」の画像を作成するために、彼はアリゾナ州にあるキットピーク国立天文台のマイヨール望遠鏡を使用した。撮影にあたって、彼は「Hα(水素)フィルター」と「S2(硫黄)フィルター」と呼ばれる、狭い特定の波長を通すナローバンドフィルター2枚と、長い波長を通すブロードバンドな「赤外線フィルター」をモザイクIカメラに使用した。完成した画像には、無数の星がちりばめられた赤い空にかかる暗いガスが鮮やかに映し出されている。

「人間の肉眼では見えない光をテクノロジーで可視化できるようになり、宇宙がより身近になりました。さらにデータのデジタル化によって天体分析は飛躍的に向上し、わたしたちはいままさに“天文学の黄金時代”に生きているのです」(レクター)

レクターは子どものころ、コロラド州でのキャンプ中に出合ったペルセウス座流星群をキッカケに、天文学に魅了されていったという。そんな彼にとって、天体写真は、魅力的な天文の世界を人々に伝えるための手段なのだ。

「これらの画像を通して、宇宙の写真を人々と共有できます。天体写真は、天文学者たちが高度な技術を駆使して発見する宇宙の新事実をより直感的に伝えてくれるのです」

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