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一章　私はいま望遠鏡をつくっています

　1 まず電波を集める top

天体からの電波はずいぶん弱いものです。 　太陽の光をレンズで集めると、物をこがしたり火をつけたりできますが、天体からの電波では、世界一大きな電波望遠鏡を使っても、一滴の水を沸かすのに一年かかるほどのエネルギーしか集まりません。 　どんな敏感な受信機を使って電波をはかろうとしても、集まる電波が弱くてはだめです。 　だから、少しでも大きな望遠鏡をつくって、少しでもたくさんの電波を集めることから始めるのです。 　私のつくっているミリ波望遠鏡では、おわんのところを使って電波を集めます。 　おわんの形でどうして電波が集まるかは、図をみてください。 　おわんはアルミでできていて、鏡の役目をします。 　天体からやってきた電波が、矢印のように進んで鏡面で反射され、焦点Ｆに集まるのです。

　普通の電波望遠鏡では、この反射鏡が金網でできています。
　本当の鏡のように、なめらかにピカピカにみがきあげてはありません。
　電波も光と同じ「電磁波」すなわち電気の波であるのに、どうして電波の反射鏡はきちんとみがきあげなくてよいのでしょうか。
　これは、よく考えてみるとふしぎでもなんでもありません。

電波と光とのちがいは、波長のちがいです。 　図をみてください。テレビやＦＭラジオで使われている電波は、波長が数メートルです。 　レーダーやその他の通信には波長数十センチとかの電波が使われています。

　波の振動の山と山の間隔、つまり波長がそのくらい長いと、少々細かい網ならば、なめらかにみがいた鏡のようにみえるのです。
　光では、波長が一ミリの何千分の一というように非常に短いので、それだけなめらかな鏡面をつくってやる必要があり、あのようにピカピカにみがく必要があるというわげです。
　実際、鏡のピカピカの面だって、銀とかアルミとかの原子が網の目のようにならんでいるので、電波の鏡を金網でつくるのとまあ同じことになります。
　もう一つ詒をよこみちにそらすと、光よりももっと波長の短いＸ線にとっては、光で使っている鏡は網の目になってしまって、反射鏡にならなくなってしまいます。
　さて、私のつくっているミリ波望遠鏡では、波長が一センチから一ミリくらいの間ですから、光のようにピカピカにする必要はありませんが、普通の電波のように金網を使ったのではだめです。
　私たちは、アルミの板を正確に削って鏡面をつくることにしました。

　2  少しの誤差も許されない鏡面 top

　こうしてつくる鏡面は、どのくらい正確につくらなければならないものでしょうか。
　私たちは、これを逆に「どのくらいの誤差までを許すことができるか」、というふうにおきかえて考えます。
　電波をうまく一点に集めるためには、理論的な鏡面からのずれの大きさを電波の波長の二〇分の一までにおさえる必要があります。
　波長一ミリまで使おうと思ったら、許される誤差は二〇分の一ミリ、すなわち一〇〇分の五ミリで、この本の紙一枚の半分の厚みと同じぐらいです。
　前に、少しでも大きな望遠鏡をつくって、少しでもたくさんの電波を集めるとお話ししました。

　私たちの頭の中には、直径六メートルくらいのものをなんとかつくりたい、という気持がありました。
　「モリモトセンセイ、ダイタイ一○○分ノ五ミリユウタラ、ケンビキョウデミルナガサデッセ。
　六メートルモアルモノガ、ケンビキョウデミレマッカ」
　「わが社はお金さえお支払いいただければ、どんなものでもつくります。
　しかし技術的に不可能とわかっているご注文はお受けできません」
といったやりとりをくり返したすえ、誤差を○・一ミリくらいまでがまんすれば、直径六メートルなら、なんとかつくれそうだということがわかってきました。

　削るための摩擦熱でアルミが変形するとか、表面だけげずったためにその部分か弱くなって他の部分から引っぱられて変形するとか、ということがあります。
　さらに、工場から望遠鏡をすえつける東京の郊外にある三鷹の東京天文台にもってきたときには、ずいぶんとていねいに静かに運搬したのですが、数ミリものひずみがでてしまいました。
　鏡をクレーンで吊ったり、トラックで運んだりすることによっても、鏡がひずんでしまうのです。

　3  架台の方は着々と top

　鏡面でてこずって、いいかげん悲観的になっているころ、この鏡をのせて天体の方に向ける架合をつくる方は、ちゃくちゃくと進んでいました。
　こちらの仕事は、回転する部分（ベアリング）や歯車をきちんとつくって、それらをつなぐ部分をがっちりとつくる、いわばていねいにしっかりつくっていくことが大切です。
　鏡面のように、日本に一つしかない大旋盤が必要だ、とかいうことがないので、大工場よりはむしろ、よい技術をもった中くらいの工場の方が適しています。
　私たちが架台の製作をたのんだ工場の社長さんは、仕事熱心でお酒のすきな、いわば「オヤジさん」という言い方がぴったりする人で、職工さんたちにも、どの部分の精度がどういうふうに全体の性能にひびくか、といったことをよくわがらせて仕事を進めてくれました。
　私たちも、ときには工場にいって職工さんだちと誤差がでていないかを一緒にはかったり、お酒を飲んで話をしたりしました。
　架台の一番大切な役割は、望遠鏡を目的の天体の方向に向けることです。

　4  ミリ波の天文学――銀河の一生と分子 top

　あとでお話しするように、このあともっともっと大変な困難が待っています。
　一体どうしてこんな苦労をしてまで、私たちが「ミリ波の天文学」を求めるのか、ここで、それをお話ししましょう。
　「ミリ波ではだれも空をみたことがない」ということが、第一の理由としてあげられます。
　新しい望遠鏡で空をみると、かならず宇宙は新しい姿をみせてくれることは、この本のはじめにお話ししました。
　ミリ波の望遠鏡も、私たちに宇宙の新しい窓をあげてくれるでしょう。
　しかし、そんなばくぜんとしたことで、こんな大変な仕事をはじめたわけではないのです。
　私たちには、いくつかの目星もついていました。

　大きな銀河の中心部の、ごくせまいところで、爆発がおこっていることはわかっています。
　そんなせまい場所から、どうやって太陽の数十億倍というエネルギーが発生するのか、本当におどろくべきことではありませんか。
　爆発する銀河を調べて、銀河というものの一生を解明するのはミリ波観測の大きな目的の一つです。
　銀河の爆発とならんでもう一つの目的は「分子」です。

　しかし、ストロンチウムのスペクトル線は上の星にはほとんどみえていませんが、下の星でははっきりとみえています。
　つまり、スペクトルを観測すると、その星にどんな物質がどれくらいあって、どんな状態かがわかるのです。
　星が何からできているか、どんな温度か、などということは、ほとんどこのようなスペクトルの観測からわかったのです。
　一方、波長の長い普通の電波の範囲では、水素のだす波長二一センチの電波があるだけで、虹の七色といった多彩なスペクトルの観測はとても無理だったのです。
　ところが、同じ電波でも、ミリ波の波長になってくると、分子のだすスペクトル線かあらわれてきます。
　最近発見されたもので、少し波長の長いのまでいれると

などがあり、今後もぞくぞくと発見されるでしょう。
　こういった分子はミリ波でだけしか観測できません。
　また、こういった分子がみつかっているのが、主として誕生したばかりの星のまわりなのです。
　分子のスペクトルは、星の誕生に関係があるのです。
　星の一生のうちで、誕生という瞬間はいろいろとわからないことの多い段階でしたが、分子スペクトルという新しい目を通して観測の糸口がつかめてきたわけです。
　分子スペクトルが関係するのは星の一生だけではありません。
　たぶん、私たち「生物」の一生にも関係が深いと思われます。
　私たち「生き物」は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｈを主成分として、複雑な分子からできています。
　「生き物は始めからいたわけではなく、大昔、地球の原始の海で単純な分子からゆっくり少しずつ複雉な分子が合成されて、それがだんだんさらに複雑になり、単純なタンパク質のようなものになって、さらに進んで「生き物」にまで進化したと考えられていました。

　5  鏡面をはいずりまわる六ヵ月 top

　工場でいくら正確につくっても、運搬してすえつけると、どう変形するかがわかちないというわけで、それなら現場で仕上げよう、ということになったのです。
　鏡面を正確にはかるものさしをつくって、それをあてながら鏡面を直して行くのです。
　鏡面の力ーブに合わせて切った板に、ダイアルゲージという、マイクロメーターのようなものを取付けます。
　図のように、ダイアルゲージの針の先を鏡面にあてたままこの板をまわしてゲージの目盛りを読んで行きます。
　約一〇センチ間隔で二千以上の点をこのゲージを使ってぱかり、それをもとにして鏡面を修正します。
　昼間はかると、太陽のあたるところと陰のところで、温度のちがいのために不正確になるので、夕方、太陽がしずんでから仕事をはじめます。
　朝になって、東の方から本陽がのぼると、とたんに不正確になってくるので、仕事は夜の間だけです。
　毎晩毎晩、誤差をダイアルゲージで読み、鏡面をけすっかり、はりつけたりする生活が、多少断続しましたが、半年近くもっづきました。
　仕事にかかった人たちも、この仕事の意味や行ずかしさをよく理解して、根気よく仕事をしてくれました。
　私たちはこの望遠鏡をつくるときに、記録のための映画と写真をとっておこうとしました。
　しかし、一番大切で苦心をしたこの半年間の写真がほとんどないのです。
　みんなが一緒になって困難にあたり、鏡面をはいまわってけずったり、はりつけたり、誤差をダイアルゲージで読んだり、方程式をたててコンピューターで次の段取りをきめたり、これからの方針を考えたりしていたので、写真をとる百分の一秒の時間もないまんま、半年間がすぎてしまったのです。
　この間の記録のとれていないことが、かえってその間の事情をあらわしているともいえるでしょう。

　吊上げ作業そのものは前後一時間くらいだったでしょうか。
　段取りと後片付けにその何十倍もの時間と手間がかかりました。
　一体にむずかしい仕事ほどこうしたもので、段取りの良し悪しで、結果が大きく左右されます。
　だから、私たちは吊上げ作業前の「カゴ」つくりのときも、「そんなクダランこと」と工場の人にまかせきりにしないで、熱心に相談したのです。
　さあ、やっと望遠鏡ができあがりました。

1970年秋、ミリ波望遠鏡はやっとできあがり、お世話になった方々にみていただきました。 �@�Aは大旋盤で鏡面をけずっているところ、�B�Cは東京天文台にはこびこむところ、 �E�Fは旋盤加工で不十分な個所を測定しながらけずり直しているところです。 そして最後に、鏡面に変形をあたえないようにソーッと吊り上げて架台にとりつけました�D。 機械、受信機などの調整で、�@の祝賀会までには、さらに約半年の時間がかかりました。

　6  望遠鏡ができあがると top

　電波望遠鏡でも弱い電波をはかろうと思うと、何億倍にも増幅するだけでなく、この雑音のうんと小さい増幅器を使わなければならないのです。
　ところが、困ったことに、電波の波長がミリメートルというくらい短くなってくると、雑音の小さい増幅器をつくるのが、うんとむずかしくなってきます。
　波長数センチくらいならば、雑音はそうとう小さくすることができますが、ミリ波では、そうはいきません。
　前にお話ししたように、ミリ波では鏡面の誤差を小さくするため、大きな望遠鏡をつくるのはとてもむずかしく、そのためたくさんの電波を集めることができません。
　さらにそれを受ける受信機の雑音がうんと強いときては全くたまったものではありません。
　ミリ波の天文学がはやらなかったわげはそのへんにあったのです。
　さいわい、日本にはそのような方面の研究で世界でも一流のグループがあり、低雑吝の受信機に一番大切な「ミクサー・ダイード」（トランジスターのようなもの）のよいものを使うことができました。

　7  コントロール・デスクとコンピューター top

　受信機ができると、今度は、望遠鏡を動かすモーターや歯車、望遠鏡がどちらを向いているかを示す目盛りなどを、つくらなければなりません。
　どれだけのものが必要か、自分で観測する場合を想像して、一緒に考えてみましょう。
　望遠鏡は、普段はおわんが真上を向いた状態にしておきます。
　ある天体を観測しようと思うと、まず、その天体の大体の方向まで、おわんを向けてやります。
　それにはハイ・スピードのモーターを使います。
　次に、正確にその天体の方向に向けるのにロー・スピードのモーターを使います。
　望遠鏡は水平軸と垂直軸があって、それぞれにハイとローの二つのモーターがいるので合計四個のモーターが必要です。
　モーターには、右まわりと左まわりの回転をさせるわけですから、合計八個のスイッチが必要です。
　さらに、モーターは動く、とまるだけでなく、ダイアルでスピードの調節ができるようになっていないと困ります。
　四個のモーターに対して、四個のダイアルが必要になります。
　これでやっと望遠鏡がうごかせるわけです。
　いや、まだです。自動車でいえばスピード・メーターがないといけませんね。
　これも、うんと速く動いているときと、ゆっくり動いているときで、わけて表示する方がよいので、水平、垂直、合わせて四個のスピード・メーターになります。
　まだだめです。望遠鏡がどこを向いているか、その角度を示すダイアルがないと望遠鏡がどこを向いているのかわからなくなってしまいます。

　8  コンピューターをつないで観測開始 top

　コントロール・デスクで望遠鏡を天体に向けても、天体の方は、星や月や太陽と同じように時々刻々動いていきます。
　それに合わせて、望遠鏡をまわしてやらなければいけません。
　そのためにはコンピューター、が登場します。
　私たちのミリ波望遠鏡では、天体が一〇分の一秒の間に動くそれだげの動きでも感じることができます。
　つまり、一〇分の一秒ごとに天体の位置を計算して、それに合うように望遠鏡を動かすのです。
　コントロール・デスクに表示される望遠鏡の向いている角度と、コンピューターが計算した望遠鏡を向けるべき角度とをくらべて、モーターの速度をきめます。
　また、コンピューターに指示して、天体のいろいろな部分を順序よく観測したりすることもできます。
　さらに、受信機からでてくる天体の電波の強さなんかをこのコンピューターに一緒にあっかわせると、自動的に電波の強い天体をさがしたりすることなどができるようになります。
　というようなものがそろって、いよいよ観測開始というわけです。
　私たちはいま、望遠鏡と受信機の最後の調整、コンピューターとコントロール・デスクのつなぎ合わせ、テスト観測などをやっています。

　もう一つのカーブは、金星の電波をはじめて受信したときのものです。
　ギザギザしているのは雑音で、そこに矢印で示してあるのが金星からの電波です。
　雑音の中にやっとかすかに聞こえるヴィナスからの声です。