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宇宙には、ダークエネルギーとして知られる未知の力があらゆるところで作用している。ダークエネルギーは宇宙膨張を加速させ、その結果、銀河はますます高速に互いから遠ざかっている。しかし、ひとつ問題がある。ダークエネルギーとは実際に何なのか、いっさいわかっていないのだ。これほど重要な力についてわからないとは、どういうことだろうか。
天文学者は数十年にわたって、ダークエネルギーの正体解明を重要な問いとして掲げてきた。そしていま、新たな宇宙望遠鏡が、この難題の探索を開始しようとしている。欧州宇宙機関（ESA）が2022年後半に打ち上げるユークリッド宇宙望遠鏡は、前例のない観測機器であり、ダークエネルギーの謎の一部をついに解明することを目的に宇宙に送られる。
また同時に、ダークマターの観測も、これまでにない精度で行なうことになる。ダークマターとは、質量比で通常の物質より大幅に多く宇宙に存在している、見えない謎の物質のことだ。こうした観測によって、わたしたちの宇宙に関する知識はぐっと前進することになる。
「現時点では、ダークエネルギーの正体について、何かひとつ説得力のある理論があるわけではありません」と、エディンバラ大学で宇宙物理学の教授を務めるキャサリン・ハイマンスは言う。ハイマンスは、スコットランド王室天文官も務めており、さらにユークリッド宇宙望遠鏡が収集するデータを精査する1,500人規模の研究グループであるユークリッドコンソーシアムにも参加している。「ダークエネルギー現象の原因は何かという問題は、現在直面している難問のなかでも最大のものと言えると思います」
ユークリッド宇宙望遠鏡は、ESAのプランク宇宙望遠鏡など、これまでの望遠鏡に続く成果が期待されている。プランク宇宙望遠鏡は、宇宙マイクロ波背景放射、つまりビッグバンの熱の残滓を09年から13年にかけて観測した。一方のユークリッド宇宙望遠鏡は、マイクロ波ではなく赤外線および可視光線で宇宙を観測することになる。そのため、ユークリッド宇宙望遠鏡は、これまでより「5倍から10倍よく」ダークエネルギーによる宇宙膨張の加速を測定できるようになるだろうと、ESAでこのプロジェクトに携わる科学者のルネ・ローレイスは言う。
ユークリッド宇宙望遠鏡によるダークマターの測定によって、宇宙の構造に関する理解が深まり、さらには根幹的な諸理論の検証にもつながる。「重力がいかにこうした構造を変化させているかを観測することで、宇宙全体でアインシュタインの一般相対性理論を実際に検証することもできます」と、ハイマンスは言う。
PHOTOGRAPH BY BENEDICT REDGROVE
ユークリッド宇宙望遠鏡ミッションは、ESAが11年に採択を決めてから、10年越しで準備されてきた。採択後、請負企業が同望遠鏡の設計および製造に取り掛かった。その成果が結実し、20年にはフランスのトゥールーズにあるエアバスの施設のクリーンルームで組立と試験が行なわれた。
ユークリッド宇宙望遠鏡は全体で、高さ4.5m、横幅3.1mで、重さは2,160kgになる。同望遠鏡はふたつの部分からなる。望遠鏡に電力を供給するサーヴィスモジュールと、望遠鏡の反射鏡や機器を収めるペイロードモジュールだ。
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ユークリッド宇宙望遠鏡の主要なコンポーネントは、ふたつの機器とともにペイロードモジュールに収められている主鏡だ。機器の片方は、宇宙を可視光線で撮影するためのもの、そしてもう片方は近赤外線で撮影するためのものだ。主鏡は直径1.2mの大きさで、この主鏡を含む3枚の反射鏡を組み合わせて観測が行なわれる。この構造は、コルシュ望遠鏡として知られているものだ。
反射鏡の材料は炭化ケイ素で、銀のコーティングが施されている。表面は極めて滑らかなので、宇宙の遥か彼方にある銀河からの光も検出できる。主鏡の精度を確認するために、平板型焦点合わせ反射鏡（上写真）を用いて、光学系の補正が行われた。「これを使って望遠鏡の鏡の位置合わせをします」と、ユークリッド宇宙望遠鏡プロジェクトで民間企業責任者を務めるタレスアレーニアスペースのパオロ・ムーシは言う。
6年にわたって行なわれる主要ミッションにおいて、「わたしたちは20億個の銀河の観察を目標にしています」とローレイスは言う。つまり、1枚の画像につき数万個の銀河を観測するというペースだ。
科学者は、これらの銀河のかたちと動きを研究する。観測されるかたちからは、これらの銀河が歪んで見える原因となる隠れたダークマターの分布が明らかになる。観測される動きからは、これらの銀河がダークエネルギーによってどれほどの速度にまで加速しているかが明らかになる。こうした観測を、可視光線および赤外線の波長で、これまで不可能だった規模で行なうことになるのだ。
ここまで大量の銀河をひとつの望遠鏡で撮影するというのは、史上初の試みとなる。6×6の格子状の電荷結合素子（CCD）が同望遠鏡に搭載され、銀河からの光を捉えることになる。
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ユークリッド宇宙望遠鏡のペイロードモジュールに収められる機器はふたつある。可視光線イメージングチャネル（VIS）ならびに近赤外線分光計および測光計（NISP）だ。同望遠鏡の画質は、単純比較すると、1990年に打ち上げられたアメリカ航空宇宙局のハッブル宇宙望遠鏡には劣ることになる。しかし、ユークリッド宇宙望遠鏡は大量の画像を撮影し、宇宙の初期に遡る大量の銀河の姿を明らかにしてくれることになる。このように大量に観測を行なえるようになることが、同望遠鏡の革命的な点なのだ。
「ダークマターの3D分布を、約100億年前に遡って調べられます」と、ローレイスは言う。「そして、銀河の分布をもとに、ダークエネルギーによる宇宙の膨張を極めて正確に測定できます」
ユークリッド望遠鏡は、ロシアのソユーズロケットで宇宙に打ち上げられる。打ち上げ時に故障しないよう、振動を与えてコンポーネントにどのような影響が出るかが調べられている。「振動源を計測する加速度センサーがさまざまな機器に有線接続されています」と、ムーシは言う。「望遠鏡のいくつかの部品に接着されており、望遠鏡のそれぞれの部分の加速度のモニタリングと解析が行なわれています」。トゥールーズでこうした試験を行なった後、同望遠鏡はベルギーのリエージュ宇宙センターに送られ、凍てつく宇宙に確実に耐えられるよう、熱真空チャンバーで試験が行なわれた。
ユークリッド宇宙望遠鏡は、地球から約150万kmのところにある、太陽と地球の第2ラグランジュ点（L2）という地点に送られる。この地点であれば同宇宙望遠鏡は、太陽と地球の重力の組み合わせから、最小限の燃料の使用で安定した軌道にとどまることができるのだ。
サンシールドと呼ばれる、炭素繊維強化プラスチック製の薄い長方形の日よけが、同望遠鏡の太陽に面する側を保護する。そのため、太陽からの光が観測の邪魔になることはない。同望遠鏡は、約-190℃という極めて低温に保たないと観測できない。そのため、同望遠鏡のサンシールドに面する側は、低温に保つために、マイラーとカプトンでできた金色の断熱ブランケットで覆われている。
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ユークリッド宇宙望遠鏡の主鏡以外の残り2枚の反射鏡は、主鏡が集めた光を同望遠鏡の2つの機器に誘導するためのもので、材料は同様に炭化ケイ素だ。上の写真の青い物体はダイクロイックフィルターと呼ばれ、光を可視光線と近赤外線の波長に分ける役割を果たす。そして、黄色の折りたたみ式の鏡が、光を誘導していく。
これらすべてが揃うことで、同望遠鏡は銀河やそのかたちを正確に撮影できるようになるのだ。「かたちがあるものを撮影したいのなら、撮影機器が原因で歪みが生じるような事態を、確実に防がなければなりません」と、ESAでこのプロジェクトの責任者を務めるジュゼッペ・ラッカは言う。「だから、ユークリッド宇宙望遠鏡はこれほどまでに完璧につくり上げられなければならないのです」
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ユークリッド宇宙望遠鏡が集める宇宙の観測データは、1日当たり100ギガバイト単位になる。VISなどの機器（上の写真では、打ち上げ前に取り除かれるアルミニウム箔で覆われている）が、これほど大量のデータを観測することになる。そうしたデータは、地球のアンテナに向かって送信される。その後、ユークリッドコンソーシアムに参加しているさまざまな研究グループに送られ、解析されることになる。「現在、データの振り分け方法を試しているところです」と、ローレイスは言う。「この手続き全体でボトルネックが発生するのを防ごうとしているのです」
ユークリッド宇宙望遠鏡のコンポーネントの開発は、設計作業の終了後2013年に始まった。組み立て自体が始まったのは19年2月になってからだ。同望遠鏡を数カ月間トロリーシステムにマウントすることで、回転させながらさまざまな部分の作業を行なうことができた。
「さらに作業員は、光学機器に汚染が発生しないよう、白の防塵服を特別な方法で（着用）していました」とムーシは言う。「汚染が発生すると、画像にノイズが入ってしまう可能性があったからです」。22年、同望遠鏡はついにロケットのペイロードベイにマウントされ、フランス領ギニアのクールーにある欧州の打ち上げ基地から発射される準備が整う。
ユークリッド宇宙望遠鏡の試験フェーズを通して、さまざまな道具やコンポーネントが用いられている。それらの一部はその後取り除かれて収納スペースに戻っていく。「機械試験の間には多くの道具が必要になります」と、エアバスでユークリッドプログラム責任者を務めるローラン・ブルアールは言う。例えば、作業中に同望遠鏡用のさまざまな部品を固定しておくために使われるコンポーネントがある。こうしたコンポーネントについては望遠鏡の完成後に実際に打ち上げる必要はない。
ユークリッド宇宙望遠鏡に搭載されるケーブルは、温度が上がって画像に悪影響を与える可能性がある。そのため、ケーブルは同望遠鏡の反射鏡から遠いところを通さなければならない。さらに、ケーブル同士が干渉して画像にノイズが発生する可能性もある。そのため、ケーブル同士が干渉して互いに問題を引き起こすことがいっさいないことを確認するための電磁両立性試験を行なっている。「（望遠鏡の）中の電子部品数は可能な限り少ない方がいいのです」と、ブルアールは言う。それによって、宇宙に関する理解をぐっと前に進めるのに必要な高い精度を、ユークリッド宇宙望遠鏡は獲得することになる。
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ユークリッド宇宙望遠鏡を低温に保つために、打ち上げ後はラジエーターが宇宙空間で冷却の役割を担う。機器から熱を取り、真空に向かって排熱していくのだ。この方法は、国際宇宙ステーションなど、他の宇宙ミッションでも一般的に用いられており、太陽光に当たって温度が上昇し過ぎるのを防ぐのに役立っている。「熱を取ってくれる空気が存在しません」とムーシは言う。「だから、放射の原理で排熱することしかできないのです」。ラジエーターは機器と接続されている。これによって、銀河を観測するという繊細なミッションに熱の影響が出ることを確実に防いでいるのだ。
反射鏡および機器を収めたユークリッド宇宙望遠鏡のペイロードモジュールは、「脚」となる6つのマウント用ブラケットを土台にして、電子部品を収めたサーヴィスモジュールにマウントされている。ブラケットのひとつが上の写真で確認できる。その上の断熱ブランケットは、ペイロードモジュールのサンシールドに面する側を保護するものだ。
観測対象となる20億個の銀河の多くからは、極めて微かな光しか届かない。そのような銀河を観測できるだけの感度がある観測機器を生み出すというのは、簡単なことではない。しかし、ユークリッド宇宙望遠鏡では、極めて精度が高い反射鏡から脚に至るまで、すべてが合わさって、それが可能になる。「とても興奮しています」と、ハイマンスは言う。「わたしのこれまでのキャリアの集大成ともいえる瞬間です」