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五章　大計画、ラジオ・ヘリオグラフ

　1  ワイルドの抱負　top

　私かワイルドと会ったのは、もちろんこの時が初めてでした。
　発表された論文でしか知らなかった、この偉い学者は、ビールを飲んでしゃべるのがすきな、ゆかいな先生でした。
　ワイルドは、そのときすでに次の一歩を心の中にもっていました。
　一〇〇個のアンテナを直径三キロの円周上にならべた大干渉計です。
　この干渉計は、電波をだしているところが、どんな場所かというだけでなく、どんな広がりをもって、どんな形をしているかということまで観測できるのです。
　言ってみれば、電波で写真をとることができるわけです。文字通り、電波望遠鏡と言えるでしょう。
　ここで、電波望遠鏡について、もう少し考えてみましょう。
　そうすれば、どうしてこんなにたくさんのアンテナを並べたかも、自然と（実は少しむずかしいかもしれませんが）わかるというものです。
　写真機では、フィルム上の一点には被写体の一点からの光が入ってきます。
　よその方向からの光が入ると二重写しです。また、その点のまわりからの光球まざると、ピンボケですね。

まず、アンテナ二つからはじめましょう。 　前にお話ししたように、二つのアンテナに入る電波は真正面だげでなく、一波長、二波長、三波長……ずれる方向からの電波もそろって受信機に入ってきます。 　ですから、アンテナ二個の干渉計は写真機（望遠鏡）として考えれば、何重にも像が重なり合った、変な望遠鏡になってしまいます。

　それだけではなく、少ししかずれていない方向の電波は打ち消されないので、かなりピンボケでもあるわけです。
　図は、一波長ずれた場合を示しています。
　アンテナをもう一つ加えてみましょう。まず、二つのちょうど真ん中に、二倍の大きさのアンテナをおいてみます。
　二つのアンテナからの電波が一波長、二波長、三波長……ずれると、真ん中のアンテナはその半分、つまり〇・五波長、一波長、一・五波長……ずれるわけです。
　真ん中のアンテナからの電波は倍の強さですから、二つのアンテナからの電波を合わせたものと同じ強さになり、ずれが〇・五波長、一・五波長、二・五波長……のときには、ちょうどうまく打ち消してくれます。
　つまり、何重にも重なった像が、少しよくなってきます。
　図は、前と同じ方向から電波がきている場合を示しています。
　今度は、この大きい方のアンテナを少し離れたところにおいてみます。もとの二つのアンテナの間の距離と同じだけ、一方のアンテナから離します。
　電波のずれが、もとの二つのアンテナで一波長、二波長、三波長……になると、このアンテナでは二波長、四波長、六波長……になりますから、電波はうまく重なり合って何重写しにもなることはかありありません。
　しかし、電波のずれがもとのアンテナで〇・二五波長のとき、このアンテナではすでに〇・五波長になるので、電波がずいぶん打ち消されやすくなりますね。
　つまり、「被写体の一点」から少しずれた方向の電波を打ち消す力がふえるわけで、ピントがよくなるわけです。
　このことから、アンテナをせまくならべれば二重写しが防げ、ひろく散らばらせるとピントがよくなることがわかります。
　アンテナをたくさん使えば、お互いどうしの距離はせまく、しかも広いところに散らばった千渉計をつくることができます。
　これによって、よい望遠鏡ができるのです。
　といったわけで、長さの等しいケーブルでつないだ一〇〇個のアンテナは、ちょうど真上を向いた望遠鏡になるわけです。
　太陽は、ちょうど真上にだけいるわけではありません。
　望遠鏡を太陽に向けてやるには、それぞれのアンテナを太陽に向け、また、ちょうど太陽の方向からきた電波が、受信機の入口で、うまくそろうようにアンテナからのケーブルの長さを変えてやればよいわけです。
　このケーブルの長さは太陽が東から西へ動くにつれて、それを追いかけるように時々刻々変えてやる必要があります。
　さらに、望遠鏡を太陽面上のいろいろな場所に次から次へと向けてやるように、一秒に何十回も変えてやらなければなりません。
　アンテナを太陽に向けて動かしたり、電波を増幅したり、……などということまで考えると、これはとてつもない大計画というべきです。
　実は、私たちも、それとかなりよく似た計画をもっていました。
私たちなりの考えで、計画を練りつつあったのです。しかし、今度もずいぶん似たようなものになってきているのに、驚かされたものです。
　さて、ワイルドは、この計画（電波で太陽の写真をとるという意味で、「ラジオ・ヘリオグラフ」とよんでいました）の話をしてくれて、私も私なりの意見を言いました。
　一番大変なのは、さっきひと口でなんでもなさそうに言った「一〇〇個のアンテナを等しい長さのケーブルでつなぐ」ことだと私は考えました。
　それぞれのケーブルの一端は受信機の入口にあるのでよいのですが、もう一つの端はそれぞれのアンテナのところにあります。
　つまり、バラバラにおかれているのです。
　長さの違いをはかるのには、そろえてはからなければなりませんが、そろえてはかったのでは、実際に使うときと同じ状態にならないというわけです。
　太陽の動きをおいかげるようにケーブルの長さを変えるのも、また、大変な仕事です。
　他の仕事、電波を増幅したり、うまく集めたりなどは、きちんとていねいにやりさえすればなんとかなるものだと考えました。
　上の二つのむずかしい仕事は、私たちが干渉計をつくったときに、しみじみとてこずった問題でした。
　ワイルドの方は前にお話ししたように、ずれを測る正確さをあまり重視しなかったので、あまり感じてはいないようでした。
　この話合いが、それからあとのワイルドと私とのつき合いのきっかけとなりました。
　それから二年ほどのち、干渉計の仕事を一段落させて、私はオーストラリアに渡りました。
　ワイルドが、ラジオ・ヘリオグラフの仕事を一緒にやらないかといって、招いてくれたのです。
　ちょうどフォード財団から費用の寄付がきまり、どんなふうにつくろうかという相談が、始まったところでした。
　ワイルドたちは、どこかの会社にたのんでつくってもらうよりは、自分たちで部品を集めてつくろうときめました。
　増幅器など、ある程度わかった部分については、もう分担がきまって、設計・試作がはじまっていました。
　アンテナは直径一三メートルのパラボラ（おわん形）にする。これの設計はゆかいなマカリスターおじさんが担当しました。
　アンテナから受信機までをつなぐケーブルはノーマン・レブラム氏（口ひげの英国紳士だけど気が弱い）の担当です。
　測量したり、アンテナをきまった位置にすえつけたり、土木工事一切は、若くて威勢のよいペイトン氏が、労務者何十人を現地でやとって担当です。
　部屋の中のさまざまなエレクトロニクス、何十台もの増幅器、それをうまく合わせる回路などはもう四〇歳になっているのに、独身でおもしろいシェリダン氏となってくると私のすることはもうないようです。

　2  私の仕事

　シドニー空港に出迎えてくれたワイルド氏は、私の家族は別の出迎えの人にまかせておいて、私ひとりを車にのせてさっそくきりだしました。
　「フォード財団から建設費が出ることになった。もう設計がはじまり、一部は試作にかかっている。さて、君の仕事は？」
　私は前もって聞いていたとおり、大体の仕事の分担は終ったのではないか、とたずねると、ワイルドは
　「まだ仕事が残っているかどうかは、お前が一番よく知っているはずだ」。
　私は、太陽の動きに合わせてケーブルの長さを変えていくのはどうするのか、と聞くと、
　「その仕事はシェリダンがやっている。
　これこれのダイオードとトランジスターを使って、ケーブルをスイッチで切換えるのだ。
　一つの回路には七個のスイッチがあって、それぞれが二分の一波長、四分の一波長、八分の一波長……一二八分の一波長に相当するケーブルを入れたり切ったりして、その組合せとして電波をずらすのだ」。
　それでは、そのスイッチはだれが動かすのですか、とたずねました。
　アンテナが一〇〇個あるので、そのそれそれに七個のスイッチがあり、七〇〇個のスイッチになります。
　しかも、でたらめに動かしたのではだめで、時々刻々の太陽の動きに合わせて切り換えていく必要がありますね。
　というわけで空港から私の新しい勤め先に着く前に、この「時々刻々太陽の動きを計算して七〇〇個のスイッチを動かすコンピューター」が私の仕事になってしまいました。
　コンピューターの仕事は、周りをみまわすたびにふえて行きました。
　電波といってもせまいながらもある範囲の波長のものは一緒にあつかわなければなりません。
　そのためには、ディレイ・ラインというケーブルを変化させてやる必要があります。
　また、円周上にアンテナがならんでいると、それを真上からみれば正しい円にみえますが、斜めからみればゆがんで長円にみえますね。
　逆に、まるくならべたアンテナで太陽をみると、太陽が真上にいないときには、得られる「画面」がゆがんでくるのです。
　これも、どんな具合にゆがむかを、計算して補正することが必要です。
　といった具合で、このコンピューターはラジオ・ヘリオグラフ全体の中枢神経のような役目になってくるのです。

　3  ラジオ・ヘリオグラフのあらまし　top

　ラジオ・ヘリオグラフとはどんなものか、この章のはじめに大体のことはお話ししましたが、実際にどんなふうにつくるか、どんなむずかしさがあるか、つまり実際にどんなものかを知っていただくのに、時間を少しとばして、一九六七年七月頃、完成寸前のラジオ・ヘリオグラフを見学してみましょう。
　見学者は、シドニーの電波物理研究所で、ワイルド氏からいちおうの説明を聞きます。
　太陽のバーストはどうしてでるか、いままでにどんな研究が行われてきたか、だから今度はどんなことか調べたいか。
　それでラジオ・ヘリオグラフをつくった。
　そしてラジオ・ヘリオグラフはどんなものか、つまり、いままで読んでいただいたようなことを聞かされるわけです。

それから、車でシドニー空港に送られ、国内空路で約三時間、ナラブライ行きの飛行機にのせられます。 　飛行機が飛び立つと、すぐお茶のサービスがありますが、もし同行者が私かワイルド氏であれば、あなたのところにはお茶でもコーヒーでもなく、ビールをもってくるでしょう。 　ラジオ・ヘリオグラフの建設でナラブライに行き来している人たちは、もうスチュアデスとはみんな顔見知りで、ただのお茶よりは一〇〇円のビールとかいった好みを、おぼえてもらっているのです。

アンテナ

1963、64年の2年間と、完成前の1967年に約半年、私はオーストラリアでワイルドのラジオ・ヘリオダラフの建設に協力しました。 �@は直径3キロの円上に点々とならんだアンテナ、�Aはその一部です。 �Bはワイルド氏と議論している私、�Cは完成直前のテスト風景で、�Dは一緒に苦労した仲間たちです。

　平行二線式にしたのは、途中のロスを少なくし、また熱による不安定を少なくするためですが、他の種類のケーブル、たとえば同軸ケーブルとくらべると、ずっと安くできるということも利点の一つです。
　これはワイルド氏の発案、マカリスターおじさんの設計で、レブラム紳士氏のつくったものです。
　性能はいいし、安い、この平行二線式ケーブルにも悩みがあります。
　雨にぬれると性能が落ちる、鳥がとまると不安定になるなど、露出形ケーブルの弱みです。
　私は、ある日テスト中に、ある一つのアンテナからだけ電波が入ってこないので困りました。
　どうもケーブルがおかしい、ケーブルにそって歩いてみました。
　中途でみたのは、大きなオウム（オーストラリアでカラーとよばれる腹の赤いオウム）が、この二本の線にからまって死んでいる姿です。
　もちろん線はショートしていました。
　さて、航空写真をみてください。アンテナに沿った道がきれいな円にみえますね。直径三キロの円です。
　一つ一つのアンテナから円の中心に向かったケーブルに沿った道もみえます。
　電波はケーブルで円の中心にある観測室の中に引きこまれます。
　この中にトランジスターやなにやかやで組んだ「受信機」が入っています。
　これだけ複雑な干渉計ですから、それだけ受信機も複雑になっています。
　受信機の役目は、弱い電波を強くしてやる「増幅」、電波の山は山、谷は谷で合わせる「位相合わせ」、ケーブルの長さをかえる「ディレイ合わせ」などがあります。
　見学者は、それにしたがって説明を受けるわけです。
　ここまでは、九六個のアンテナから入ってきて、九六個それそれ別々に処理されるところです。
　増幅器もディレイ・ラインも、スイッチも、それぞれ九六の倍数だけあるわけです。
　ここまでくると、いよいよ九六の電波を一つに集めて、太陽の電波を引っぱりだすことになります。
　ディレイも、位相も、すべて太陽面の真ん中でうまく合うようになっています。
　言いかえれば、九六の電波を全部同じ長さのケーブルでつなげば、太陽面の真ん中のところからの電波だけが受かるわけです。
　太陽の写真をつくるためには、太陽面上の少しずつ離れた場所に対応して、少しずつ違った長さのケーブルで九六の電波を合わせたものを用意しなければなりません。
　この望遠鏡のピントのシャープさ、視野のひろさから考えて、約三千通りの組合せが必要になります。
　それぞれが九六の電波を一つに合わせるのですから、全部で大体三〇万本のケーブルが必要になります。
　それがすべて、あらかじめきめられた正確な長さになっている必要があるのですから、とてもできたことではありません。
　実際には縦に四八個の点を同時に観測するように、四八組のケーブルをそなえてあります。
　そして、このそれぞれの点を横に太陽面上を走らせて、太陽全体を観測するようになっています。
　横に走らせるのは、もちろん各アンテナの位相とディレイを少しずつ順番にかえていくのですが、動かす範囲が太陽のつロナくらいの大きさだと、ディレイの方は省略してもよいのです。
　縦に四八個ならんだ点を、横に走らせるのは、一秒に一回の割合で行われます。つまり、あとでおみせするような写真が、一秒に一枚ずつブラウン管に現れるわけです。
　さて、この九六のアンテナからの電波をまとめてわけで、四八の太陽面上の点からの電波に直すのは、押入れ三つくらいの箱に入ったケーブルの切れ端の山です。
　一本一本正確に切って、調整して、つないだ九六×四八＝四六〇八本のケーブルのネット・ワークです。
　この四八の出力を、ブラウン管上の光の点としてならべて、それぞれの点の明るさが、ちょうど太陽面上の電波の強さと対応するようにします。
　電波の位相をずらして、観測点を太陽面上を走らせるのに合わせて、ブラウン管上の光の点も、一緒に動かすことも、もちろんです。
　といった説明を早口の英語でながながと聞かされて、うんざりしたところでやっと、ブラウン管上にちょうどテレビの画面のように、太陽の像が浮き上がっているのをみせてもらうことができるわけです。

太陽からバーストが飛び出していくようす

　ここにおみせする写真は、太陽の爆発で、強い電波をだす雲が太陽から飛びでして行くところです。
　バーストがラジオ・ヘリオグラフの力によって初めてはっきりと姿をみせたのです。
　見学されたみなさんは、電波がアンテナに入ってから、目にみえるようになるまで、増幅したり、ずらしたりする機械が電波の通る順序にしたがって、大きな部屋の周りに順序よく配置されていることに気付かれたでしょう。
　その他に、部屋の真ん中をしめて、三つのかたまりがあります。
　一つは、いろいろな増幅器の増幅度をどのくらいにするか、太陽電波のその日のようすや観測目的に合わせてきめたり、九六個のアンテナを操作したり、各部の電波の位相を太陽面のどこに向けるかをきめたり、などをするコントロール・ディスクです。

　もう一つの大きいの、つまりコンピューターは、さっぎからの道筋でお話しした、いろいろな複雑なコントロールを一手に引受けて働きます。
　コソトロール・ディスクとコンピューターの間に、二本のラックが立っていて、そこにはまだパネルが二、三枚しかとりつけられていません。
　ここは、未完成のキャリブレーション・システムです。
　九六個のアンテナから入ってくる電波が正しい位相のずれとディレイをもっているかどうかを調べて修正するための装置です。
　とくにむずかしいのは、アンテナから観測室までの一・五キロのケーブルです。
　これが多少でも伸び縮みすると、電波の山と谷がお互いに少しずつずれることになります。
　前にお話ししましたが、この長いケーブルの「電気的な長さ」をはかるのは、とってもむずかしいのです。
　ものさしで正確にはかってもだめで、［ケーブルの一端から入れた電波がもう一つの端からでてくるのにどれだけおくれるか］を、はからなければならないのです。

　4  活動する太陽のコロナ　top　

　さらに、もう一年くらい時間をずらしてみましょう。
　私は完成祝賀会まで約半年間、仕事をして日本に帰り、交替に私の仲間の甲斐（かい）さんがきています。
　ラジオ・ヘリオグラフは、毎日の観測が軌道にのり、新しいコロナの姿を描きだしています。
　ぼつぼつとその結果を示した論文も、世界中の人の目にとまりはじめました。
　つまり、ラジオ・ヘリオグラフの開いた扉の向こう側に、自然が新しい姿を現してきているときです。
　完成からすでに四年、ラジオ・ヘリオグラフからはいろいろな観測結果がぞくぞくとでてきます。