1.アルマ計画の意義及び進捗状況について

(1)アルマ計画の背景

 天文学は、人類の自然観の根幹を成し、人間の知的欲求をかき立てる宇宙を対象とした学問である。日本における天文学の歴史を見てみると、既に江戸時代には、暦法を作るための天体観測の技術や精度の向上が進み、また、その後の天文学の発展過程においては、観測結果を理論研究にフィードバックするなどの近代的な研究手法が取り入れられ、「地球自転における謎のZ項の発見(木村 1901)」や「小惑星における族(=同じ性質を持つグループ)の存在の発見(平山 1918)」などの世界的な評価を受ける成果を発信してきた。
 最近では、国立天文台の野辺山宇宙電波観測所(以下、野辺山)にある世界最大のミリ波望遠鏡(45メートル鏡;昭和57年完成)を中心とする大型電波望遠鏡群は、原始惑星系円盤やブラックホールの発見などを通じ、我が国の電波天文学の研究レベルを世界第一線に押し上げた。同時に、超長基線電波干渉計(VLBI)を用いた電波天文学の発展も目ざましく、VERA望遠鏡が地上で直径2,300キロメートルに相当する電波望遠鏡を形成し成果を挙げている。また、人工衛星「はるか」(宇宙科学研究所 1997)においては、人工衛星を1局としたVLBI(スペースVLBI)の実現に世界で初めて成功した。この流れは、非常に明るい電波天体の超高分解能観測を目指し、現在、宇宙航空研究開発機構で開発中の電波天文衛星「ASTRO-G」へとつながっている。
 日本の電波望遠鏡グループは、野辺山で培ったミリ波分野での先導性と研究の蓄積を背景に、大型ミリ波干渉計計画の検討を独自に開始し、1.これまで未開拓であったサブミリ波天文学の重要性、2.チリ北部乾燥地帯が観測地として最適であること、更に3.惑星形成領域をハッブル宇宙望遠鏡の10倍の解像度で観測できることなどを世界に先駆けて提案した(LMSA計画)。その後、米国のミリ波干渉計計画及び欧州の大型南天干渉計計画と統合して生まれたものがアルマ計画である。

(2)アルマ計画の意義

 アルマ計画は、以下のようにこれまで我々が獲得してきた知識をさらに広げていく大きなプロジェクトであり、その成果を国民と共有していくことにより、我が国の文化的発展・成熟にも資するものである。

1.学術的意義

 ア)ミリ波・サブミリ波の特質を活かし、137億年前の「宇宙の夜明け」直後に生まれた原始銀河を観測し、銀河の形成過程の謎を解明する。
 イ)「すばる望遠鏡」を10倍上回る0.01秒角の解像度によって、近傍の星形成領域にある原始惑星系円盤の構造の詳細な観測が人類史上初めて可能となる。つまり太陽系の最初の姿が明らかになり、地球誕生の謎の解明、ひいては惑星科学に新局面が拓かれる。
 ウ)宇宙における生命誕生の謎の解明につながる多くの分子(アミノ酸等)の識別・検出が可能となる。また、物質の同定や新物質の発見など分子レベルでの宇宙における物質進化の過程が解明される。
 エ)上記のこれらの研究を通じて、「すばる望遠鏡」や各種の天文観測衛星との協働による多波長天文学が実現するとともに、理論天文学との連携や、惑星科学、分子科学や宇宙生物学など、幅広い学問領域への新しい展開が期待されている。

2.文化的、社会的意義

 アンテナ、受信機及び相関器等、世界最先端の装置の開発・製造に挑戦し、それを成し遂げ、またそれを用いて研究が大きく進展することで人類の知的フロンティアを切り拓くことができる。世界最高水準のプロジェクトにおいて日本の科学や技術の力量を示すことにより、日本が世界から尊敬される国となり、国民の科学技術に対する誇りや関心を高めることとなる。

(3)アルマ計画の進捗状況

1.望遠鏡及び観測装置

 アルマは、1)80台の高精度アンテナ、2)各アンテナに搭載される7周波数帯(候補の10周波数帯から優先度の高いもの)を観測するための受信機、3)アンテナから相関器へ信号を伝送する信号伝送・変換・評価部、及び4)受信機からの信号を合成する相関器により構成される。これを、日米欧が分担(日本:25パーセント、米欧:それぞれ37.5パーセント)して、それぞれ開発・製造に当たっている。
 このうち、国立天文台では、ACAシステム(12メートルアンテナ4台及び7メートルアンテナ12台と、専用の高分散相関器等で構成)と、米欧を含む合計80台の高精度アンテナに搭載される受信機のうち3つの周波数帯(バンド)の受信機(80台×3周波数帯=240台)の開発・製造を担当している。

(ACAシステムについて)

 ACAシステムは、米欧が担当している64台のアンテナのみでは描けない正確な画像の取得、電波強度の測定精度の大幅改善を図るとともに、視野の狭さを克服し、天体の定量的な分析・解析を可能とするものである。本システムを構成するアンテナ群のうち、12メートルアンテナについては、平成19年度末までに製造が完了し、アルマ観測所の山麓施設(標高2,900メートル)に設置された。本年2月には、4台のうち1台を用いて月の電波写真の撮影に成功したが、この撮影はアルマのために納入されるアンテナとしては初の天体の電波写真である。7メートルアンテナに関しても、本年4月までに製造契約が完了し、製造が実施されている。また、専用の高分散相関器については、既に平成19年末までに製造が完了し、アルマ観測所の山頂施設(標高5,000メートル)に設置された。擬似信号による基本機能試験が終了しており、今後、アンテナとの接続を含めた試験が予定されている。

(受信機について)

 国立天文台では、アルマに搭載される受信機のうち、バンド4、8及び10の3種類の製造を担当している。バンド4(ミリ波)及び8(サブミリ波)受信機は、既に要求仕様をクリアし、現在、量産モデルを製造している。アルマの周波数バンドのうち最も高い周波数にあたるバンド10(サブミリ波)受信機については、微細加工技術や新素材の開拓等が必要とされ、技術的に極めて困難な課題であったが、日本が有する高い技術力によって克服することができた。現在、性能実証モデルのカートリッジを製造している。
 なお、民生品が存在しない極めて高い仕様の受信機を240台製造することは、技術的に高いハードルを伴うものであるが、国立天文台は品質管理や均一性に留意し、全てインハウス(自家)で製造することで対応している。

2.運営

 アルマ共同建設に関する日米欧の協力体制を確立するために、平成16年9月、自然科学研究機構(以下、機構)、NSF及びESOの三者により、アルマ共同建設に関する協定書が締結された。これにより日本は、機構が主体となって米欧と協力しながら計画を進めている。アルマ運営の最高意思決定機関である「アルマ評議会」においては、アルマの建設・運用の方針策定に関し率先して意見を発信している。チリ現地の「アルマ観測所」においては所長に次ぐポジションにあたるアルマ全体のプロジェクト・マネージャーに国立天文台の教授が着任しており、運営体制においても重要な役割を果たしている。
 アルマの共同利用運用、すなわち観測提案の公募、審査、観測実行及び観測データ配付は、チリ現地の「アルマ観測所」と日米欧にそれぞれおかれる「アルマ地域センター」が連携して行う。アルマ計画では、研究者が観測のために現地に赴かず、観測手順書によって観測内容をチリ現地の「アルマ観測所」オペレーターに指示する「サービス観測」が基本であり、また、電波天文学だけでなくそれ以外の幅広い学問分野の研究者による観測を前提にしている。したがって、「アルマ地域センター」における研究者支援は運用の要であり、平成22年度から始まる初期科学運用に備えて国立天文台がその敷地内に整備する「アルマ東アジア地域センター」が十分に機能することができるよう、来年度には整備が必須である。

3.国際協力

 アルマ計画へのアジアにおける直接的な協力としては、台湾が、国立天文台が担当しているACAシステム用受信機評価やソフトウェア開発の分野で協力を推進している。
 また、歴史的にも関係の深い東アジア地域の天文学における共同・協力のために連携を図っていく必要があることから、日本、中国、韓国及び台湾の4つの国・地域の天文学研究機関の代表により「東アジア中核天文台連合」が結成され、アルマの協力について協議が行われている。このほか、アルマ計画による科学的成果を得るための協力として、東アジア科学諮問委員会を設立した。
 なお、これまでは、主として電波天文学における連携で深いつながりのある東アジアの国・地域と協議を行ってきたが、将来的には、インド、オーストラリア等のアジア、オセアニア地域との協力の可能性も探っていく予定である。

4.国民への広報普及活動

 巨大プロジェクトであるアルマ計画は、多くの国民の支持があって初めて成り立つものである。このため、国立天文台では、計画開始以前の平成14年からホームページを運用し、写真ニュースやペーパークラフト等のPRグッズの配付、日本からチリ・アルマ観測所建設現場への「バーチャルツアー」の試みなどを行っている。このほか、アルマ計画で期待される科学的成果等を説明する一般講演会も開催(平成13年以来、全国各地で約100回。約6,000名参加)してきたところであり、例えば「天文学について更に興味がでてきました。多くの新発見が期待できて、非常に楽しみ。」であるとか、「むずかしい内容ではありますが、宇宙への興味を導いてくださいました。目に映る星空の向こう側にある宇宙に想いを馳せながら眺めてみたいと思います。アルマの完成を楽しみにしております。」などの期待の声が寄せられている。

(4)事前評価における留意事項についての対応

 平成15年1月の科学技術・学術審議会においては、我が国のアルマ計画への参画が認められるとともに、留意すべき事項として三つの点が指摘されていたが、下記のとおり対応が図られている。

  1. 参加計画案の実施機関となる国立天文台は、平成16年度に予定されている大学共同利用機関の法人化に当たって、統合される法人組織において、計画を着実なものとするため、基礎研究開発や参加計画の運営に関して十分に、法人組織における理解と協力を得つつ推進すること。

(対応状況)

 平成16年4月に国立天文台は機構の一組織となり、アルマ計画への参加は機構においても承認された。平成16年9月には、機構、NSF及びESOの三者によるアルマ計画共同建設に関する協定書が締結された。これに伴い、アルマ評議会における計画の意思決定への参加等については、機構が主体となって計画を進めている。

  1. 参加計画の柱となるアタカマコンパクトアレイ(ACA)システム、受信機及び高分散相関器の研究開発、整備に当たっては、我が国の参加の意義を十分に踏まえて、研究開発の進捗状況、全体の運用計画も考慮しつつ、我が国の特色を活かした優先的整備を図ること。

(対応状況)

 世界をリードする観測成果と高い技術力を背景にサブミリ波に焦点をあて、アルマ計画の基盤部分の観測精度を飛躍的に高度化させることを通じて、我が国の科学的・技術的イニシアティブを発揮している。具体的にはACAシステム用12メートルアンテナ、高分散相関器については既にチリ現地へ設置し、天体からの電波の初受信に成功する等、技術仕様を満たすことを実証し、計画をリードしている。また、バンド4、8及び10受信機においては、我が国が野辺山で培ったミリ波天文学の技術を基礎とし、開発・製造を進めている。

  1. アルマ計画に参加するに当たり、我が国がアジア地域と連携・協力を図っていくことは、アジア地域の天文学研究の水準の向上に多大な貢献をするばかりでなく、アジアとしての一体感を醸成するために大きな一石を投じるものであることから、計画の進展に並行して、国立天文台として、将来的なアジア地域における運用・協力体制の構築に最大限の努力をすること。

(対応状況)

 アルマ計画では「サービス観測」を基本としており、各地域に設置される「アルマ地域センター」における研究者支援は極めて重要である。このため、平成22年度から開始される初期科学運用に向け、「アルマ東アジア地域センター」の整備を行うこととしており、同センターを通じて我が国としてアジア地域の研究者支援、ひいては天文学研究の水準向上に寄与していく。
 平成17年9月、台湾の中央研究院天文及天文物理研究所と締結した協力協定に基づき、台湾が、国立天文台が担当しているACAシステム用受信機評価やソフトウェア開発の分野で協力が合意され推進している。
 また、歴史的にも関係の深い東アジア地域の天文学における共同・協力のために連携を図っていく必要があることから、日本、中国、韓国及び台湾の4つの国・地域の天文学研究機関の代表により「東アジア中核天文台連合」が結成され、アルマの協力について協議が行われている。このほか、アルマ計画による科学的成果を得るための協力として、東アジア科学諮問委員会を設立した。
 なお、これまでは、主として電波天文学における連携で深いつながりのある東アジアの国・地域と協議を行ってきたが、将来的には、インド、オーストラリア等のアジア、オセアニア地域との協力の可能性も探っていく予定である。

お問合せ先

研究開発局参事官(宇宙航空政策担当)付

(研究開発局参事官(宇宙航空政策担当)付)

-- 登録:平成21年以前 --