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十章　私たちは望遠鏡をつくっています

　私たちは、いま望遠鏡をつくっています。
　第二次世界大戦が終った頃、日本で大きな望遠鏡といえば口径六五センチの屈折望遠鏡、それと同じくらいの反射望遠鏡があるだけでした。
　世界では、大きな反射望遠鏡で星のスペクトルを観測して、その大気を調べる「天体物理」が全盛で、アメリカではパロマー山の二〇〇インチ望遠鏡の建設がかなり進んでいました。
　戦後の食糧難からたちなおりながら、私たちの先輩の考えたのは、「日本にもちゃんとした望遠鏡を」ということでした。
　私の恩師にあたる萩原雄祐先生はじめ大勢の人びとの努力で、一九五九年になって、岡山に一八八センチの望遠鏡ができあがりました。
　日本の天文学は、これによってやっと軌道にのった、ということができます。
　全国の天文学者が、かわるがわるこの望遠鏡を使って観測しました。
　この望遠鏡が活動をはじめてから、すでに一三年になります。世の中はうつり、天文学も進歩しました。
　最近でも、Ｘ線を出す天体が特殊なスペクトルをもった星であることをつきとめるなど、いろいろと活躍していますが、日本の天文学者たちの要求をすべては満たせなくなっていることもたしかです。
　世界では、各国がきそって口径一五〇インチ程度（三・五〜四メートル）の望遠鏡をつくっています。
　そのうち、あるものはほとんどできあがっているようです。
　これらの望遠鏡は、最近の技術の進歩をぞんぶんに取入れ、新しい天文学の要求にそってつくられたもので、これらの望遠鏡がぞくぞくと完成したあかつきには、天文学もずいぶん大きな変化があるでしょう。
　つまり、日本の天文学もうかうかしてはいられないのです。

　　1  光だけではだめ top

　それだけではありません。木星というものが、だんだんとわかってくるようすをお話ししました。
　光の望遠鏡での観測だけでなく、理屈の天文学の助けや、そして電波での観測もおこなって、はじめて「木星とは何か」ということがはっきりしてくるのです。
　いろいろな他の天体を研究するのには、Ｘ線や宇宙線での観測も必要になってくるでしょう。
　そういった点から考えると、電波望遠鏡が絶対に必要ということになってきます。
　こういったことをすべて、着実にやっていかないと、日本の天文学は再び世界からとり残されてしまうでしょう。
　「日本に望遠鏡を」と十数年前に萩原先生のやられた運動を、今度は、後輩であり弟子や孫弟子である私たちがしなければならない番になりました。
　日本中の天文学者が集まって、いろいろ相談した結果、一番急ぐのは電波望遠鏡であるということになりました。
　「みんなで協力して、がんばって少しでもはやく、大きな電波望遠鏡をつくろう」ときめました。

　　　2  四五メートルの電波望遠鏡 top

　こうなってくると、電波で研究してきた私たちの出番です。
　電波で天体を研究してきた人たちの集まり、考え、そして相談した結果、直径四五メートルの望遠鏡をつくることになりました。
　世界を見回してみると、オーストラリアでは一〇年も前から、六四メートルの望遠鏡が働いています。
　ドイツのボンには最近一〇〇メートルの望遠鏡ができあがりました。
　アメリカやイギリスには、もっと大きい電波望遠鏡をつくろうという計画もあります。
　その中で、四五メートルという「そんなに大きくない」望遠鏡を選んだのは、やはり考えあってのことなのです。
　私たちは次のように考えました。
　この本のはじめの方でお話ししたように、電波ではこれからは短い波長が大事になってきます。
　遠くの銀河の爆発も、我々の銀河の中で星が生まれてくるところも、短い波長の電波を観測して、いろいろなことがわかってくるのです。
　私たちの望遠鏡は、こういった将来のことを考えてつくらなければなりません。
　つまり、短い波長で偉力を発揮するものでなげればなりません。
　前にお話ししたように、望遠鏡の鏡は波長が短いほど正確につくらなければならないのです。
　あんまり大きなものにしてしまっては、正確なものをつくることはできません。
　というわけで、波長一センチ以下で、四五メートルの望遠鏡ということになったのです。

　3  おわんは変形する top

　「そんなに大きくない」といっても、直径四五メートルのおわんといえば、ずいぶん重いものです。
　しっかりした骨組でつくっても、自分自身の重みでたわんで変形してしまいます。
　おわんの重さが約七〇トンくらいになり、縁（ふち）の方では数センチもたわみがでるのです。
　これでは、いくらおわんを正確につくってもだめですね。おわんが変形した分だけ「誤差」になってしまいます。
　この本のはじめの方で　「誤差は波長の二〇分の一以下」と申しました。
　数センチも変形がでると、波長一メートルくらいまでしか使えないことになります。
　無理をしても数十センチどまりです。「波長一センチ以下」という目標など問題外になってしまいます。
　そこでまず、おわんを頑丈につくって変形を少しでも小さくおさえたら、という考えが出てきます。
　実はこれではだめなのです。おわんを、がっちりつくるためには、それだけ太い材料を骨組みに使います。
　その分だけ自分自身の重さが増えます。
　そして、その分だけ変形が大きくなってしまいます。つまり駄目なのです。
　でもこの変形をなんとかしないかぎり、よい望遠鏡はできません。

　4  変形を逆に利用すれば top

　みるからにガッチリした設計です。
　最近まで、この七六メートルの望遠鏡についで、世界第二だったオーストラリアの六四メートルの望遠鏡は、まんなかに円筒形の支えをつくり、それを中心にして骨組を張りだしています。
　つまり、縁（ふち）の方はたわむにまかせてあるのです。
　どうみてもジョドレルバンクに軍配があがりそうですね。ところが、話は全く逆なのです。
　両方とも「波長二一センチまで」を目標につくり、ジョドレルパンクはやっと二一センチまで、パークスはさっきお話ししたように、ゆうゆうと三センチまで、というちがいになっているのです。
　このちがいはどこにあるのでしょうか。
　ここで、舞台は三月のある日の私の家の四畳半の応接間に移ります。
　コタツを囲んで、電波物理研究所のボウエン氏（前にでてきたワイルドの上の人です）と塚田さん（アンテナ設計の技師でこの話の主役です）と私とがお酒を飲んでいます。
　ボウエン先生は塚田さんの質問に答えて、
　「あのころは、ユンピューターなんて便利なものは使えなかった。私たちは次のように考えた。
　もし一本の棒を一端を固定して支えたとしよう。この棒は、支えた点からの距離の三乗に比例してたれさがる。
　棒の先の方を細くしてやればこれを距離の二乗になるようにできる。
　これを放射状に組み立てれば、ちょうど放物面的変形をするおわんができる。」
　実際には、この骨どうしを横につなぎ合わせるリング材などで変形はかなり違ってくるので、その影響をさらに考慮に入れて、パークスの望遠鏡をつくったのだそうです。
　私たちは、四五メートルの望遠鏡をつくるのに、全く同じような考えを取入れて設計し、検討にかかっていました。
　実は、そのような考えは一〇年以上も昔からあったのだと聞かされてびっくりしたわけです。
　私たちは次のような手順を考えました。

　次に、ＲＴ1型を空のいろいろなところに向けた場合、どんな変形をするかを計算します。
　望遠鏡の各部分の重さがどうで、それぞれの骨の強さがどうで、ということがわかっていますから、変形は計算できる「はず」です。
　ここでわざわざ「ぱず」と、とりたてていったのは、この計算がおそろしく大変な計算だからです。
　上図に骨の設計図の一部を出しておきました。
　これがひとまわりぐるっと写真のようにつながっているのですから、骨の数だけでも三千本くらいあります。
　一本一本がどのように伸び縮みするか、それによって、他の骨にかかる力が一々違ってきます。
　そこで、三千本の骨を全部未知数にした方程式を解かなければならないことになります。
　未知数が三〇〇〇なら式は三〇〇〇必要です。
　そうすると係数の数は三〇〇〇×三〇〇〇＝九〇〇万ということになりますね。
　この方程式を解くためには九〇〇万個の係数をおぼえられるコンピューターが必要となります。
　現在ある大きなコンピューターでも、これはちょっと無理なことです。
　しかし、まあなんとか工夫して、ＲＴ1型望遠鏡の変形を計算できたとします。
　次にすることは、この変形によって、もとの回転放物面が別の回転放物面になっているか調べてみることです。
　もしそうであれば、これは理想的な設計といえます。空のいろいろなところに向きをかえても鏡面に誤差はおこらないのですから。
　最初の設計が「そんなことにはおかまいなく」だったのですから、理想的な回転放物面からは少しずれがあるはずです。
　そこで、次はこのずれが鏡面のどの部分でおこっているかをみます。
　ここのところがもう少し大きく変形していれば、もう一つの場所は変形が少し小さければ、理想的な放物面とうまく一致するということがわかるはずです。
　次には、それをうまく直すように、あちこちの骨の太さを調節します。
　つまり、この部分を少し弱く、あの部分を少し強く、そうすれば上にお話ししたようなことが達成される、ということを調べます。
　それならば、ＲＴ1型電波望遠鏡から、その部分の骨を直して、ＲＴ2型の設計図をつくってみましょう。
　ＲＴ2型について変形を計算します。次にまた回転放物面からのずれをだします。きっとずれはうんと小さいはずです。
　再びそのずれをなくすように骨の強さを変えてみます。これがＲＴ3型です。
　ＲＴ3型についても、同じことをやってみましょう。だんだんよくなってくるはずです。
　ＲＴ何型で終りになるかわかりませんが、こうやって、所定の精度まで誤差が少くなったところでやめにするのです。
　骨の調節をするのに、見当はずれのところを直して、あまりよくならなかったりして、私たちはＲＴ10型までかかって、やっと満足すべき「おわん」の設計を得ました。
　塚田さんと一緒に仕事をしている南さんや高野さんがコンピューターと「なぞのかけあい」をしながらがんばって、一年がかりでできあがったのです。
　もちろん、計算の上だけでのことですが、真上から三〇度傾けた方向でぴったり回転放物面になるように鏡面をつくっておけば、どちらの方向を向けても、おわん自身は二〜三センチも変形するのに、放物面からのずれは○・二五ミリメートル以内におさまるという結果です。
　実際に、これだけ正確さをもった電波望遠鏡は、世界中だれもつくったことはありまぜん。いままでの常識をはるかに打ち破るものです。
　次はこのおわんの精度を生かす支え方、集まった電波を受けるラッパの設計です。
　おわんは支え方が悪いと余分な変形をおこして、せっかくの設計がだめになってしまいます。
　支え方、動かし方まで考えて変形の計算をしなげればなりません。

　どちらのやり方も、おわんを対称に支えるためなのです
　さて、この一〇〇メートルの望遠鏡は大成功だったのです。ほとんど設計通りに、非常に正確な鏡面ができあがったということです。
　鏡面全体として、誤差は平均一ミリにおさまり、鏡面のまんなか近くでは〇・五ミリくらいにまでおさえられています。
　私たちは、大いに勇気づけられると同時に、手ごわい相手とも感じています。世界中の目がドイツに向げられています。
　ドイツからアメリカに渡っていた、たくさんの天文学者がぞくぞくとドイツに帰ってきています。
　ドイツは、光の天文学、Ｘ線や赤外線などの天文学も大いに発達していますが、電波だけはみるべきものがなく、かなりおくれていました。
　この望遠鏡で一挙に遅れを取返し、追抜くことができるでしょう。これからが楽しみというところです。