軌道上の望遠鏡の壮大なスペクタクル

宇宙から宇宙を観測する

宇宙望遠鏡は、地球の大気圏を超えて設置された天文台であり、地上の機器に影響を与える光学的、熱的、電波的な擾乱から解放されています。 その目的は、ガンマ線から電波まで、あらゆる波長で宇宙を観測し、深宇宙、銀河の形成、極端な高エネルギー現象を探求することです。

宇宙観測の利点

地球の大気は電磁スペクトルの大部分を吸収します。望遠鏡を宇宙に配置することで、大気の乱れや吸収なしに宇宙の完全なビューを得ることができます。これにより、特に赤外線や紫外線において、卓越した角度分解能と高感度が実現されます。

搭載技術

宇宙望遠鏡は以下を使用します ：

• 最大限の光を集めるためのセグメント化された大口径ミラー。
• 熱ノイズを最小化するために非常に低温に冷却されたCCDまたは赤外線検出器。
• 正確なポインティングを維持するためのジャイロスコープ安定化システム。
• 観測データを地上の科学センターに中継するための高速データ伝送。

注記 :
「運用中」の表示と終了日は、この記事の更新日（2026年8月13日）時点のミッションの状態を反映しており、変更される可能性があります。「予定」とマークされたミッションは開発中であり、打ち上げ日は暫定的なものです。
2026年に追加されたミッション：ナンシー・グレース・ローマン、PLATO、SVOM、Xuntian。将来のミッション：ARIEL、NewAthena、LISA。

主要な歴史的宇宙望遠鏡

1990年のハッブルの打ち上げ以来、いくつかの宇宙天文台が電磁スペクトルの異なる部分を探査し、宇宙の理解に革命をもたらしました。日付や生の数字を超えて、各ミッションには独自の物語があります：独自の打ち上げの文脈、その時代に類を見ない技術的偉業、そしてしばしば初期の目標を超えた予期せぬ発見です。

1970年: Uhuru

X線専用の最初の宇宙天文台であるUhuru（エクスプローラー42、またはSAS‑1）は、1970年12月12日にケニア沖のイタリアの浮遊プラットフォームSan Marcoから打ち上げられました：この日付はケニア独立7周年にあたり、それに敬意を表して衛星はスワヒリ語で「自由」を意味する名前を得ました。わずか65kgの機器を搭載したこの衛星は、空の約95％を掃天し、300以上のX線源をカタログ化しましたが、その最も注目すべき発見は、Cygnus X-1の急速な変動性でした。これは恒星ブラックホールの有力な候補と見なされた最初の源であり、高エネルギー物理学にとって重要な概念上の進歩でした。

1990年: ハッブル宇宙望遠鏡 (HST)

NASAとESAによって打ち上げられたハッブルは、可視光と紫外線で宇宙を観測しました。運用開始直後、天文学者たちは主鏡の製造上の欠陥（球面収差）を発見し、それが画像をぼやけさせていました；この問題は1993年、スペースシャトルエンデバーによる最初のメンテナンスミッションで修正光学システム（COSTAR）を設置することで修正されました。それ以来、その高解像度画像（有名なハッブル・ディープ・フィールドを含む）は、宇宙の年齢を推定し、遠方の銀河を研究し、宇宙膨張の加速を確認することを可能にしました。

1991年: コンプトンガンマ線観測所

重量17トンのコンプトンは、打ち上げ当時、軌道に投入された中で最も重い科学衛星でした。搭載されたBATSE装置は2,700以上のガンマ線バーストを記録し、それらが全天に均等に分布していることを示すことで、バーストが私たちの天の川銀河ではなく遠方の銀河から来ていることを実証しました。この発見は、その起源に関する長年の議論に終止符を打ちました。1999年12月、3つのジャイロスコープのうち1つが故障したため、NASAは予防措置として天文台を意図的に大気圏に落下させることを決定しました：2000年6月4日の制御された再突入は、これまでにこれほど大きな衛星で実施された最初のこの種の操作であり続けています。

1999年: チャンドラX線観測所

天体物理学者スブラマニアン・チャンドラセカールにちなんで名付けられたチャンドラは、X線領域で空を観測し、その角度分解能は0.5秒角であり、この種の機器としては今日に至るまで比類のないものです。地球から月までの距離の3分の1まで離れる非常に楕円軌道は、ヴァン・アレン放射線帯から遠ざけ、数10時間にわたる連続観測を可能にします。ブラックホール、超新星、銀河団からの放射を明らかにしました。特に弾丸銀河団（Bullet Cluster）からの放射は、暗黒物質の存在を示す最も説得力のある観測的証拠の一つを提供しました。

2003年: スピッツァー宇宙望遠鏡

赤外線用に設計されたスピッツァーは、形成中の星や原始惑星系円盤を検出しました。2009年に計画通り液体冷却剤が枯渇した後も、運用可能な2つの検出器を使用して「ウォームミッション」を10年以上継続しました。このフェーズ中に、最もセンセーショナルな発見の一つがなされました：2016年から2017年にかけて、TRAPPIST-1矮星のほぼ連続的な観測を約500時間行い、地球サイズの7つの惑星からなる星系を確認し、そのうち3つはハビタブルゾーンに位置しています。この記録は、単一の星としては現在も有効です。

2009年: ハーシェル宇宙天文台

ESAによって建造されたハーシェルは、直径3.5mの鏡を使用して遠赤外線とサブミリ波を探査しました。これは当時、宇宙に送られた最大の鏡であり、ハッブルの約1.5倍の大きさです。ラグランジュポイントL2に配置され、2013年4月に液体ヘリウム冷却剤が枯渇するまで運用され、星形成領域のフィラメント構造や、宇宙の歴史を通じた銀河の熱的進化を明らかにしました。

2009年: ケプラー

トランジット法による太陽系外惑星の検出のために設計されたケプラーは、4年間にわたり、はくちょう座とこと座の約105平方度の単一の視野を固定し、15万以上の星の明るさを継続的に監視しました。2012年と2013年に4つのリアクションホイールのうち2つを失ったことでこの固定観測は終了しましたが、チームは拡張ミッションK2を考案し、太陽光の圧力を利用してポインティングを安定させ、2018年まで新しい視野を探査しました。合計で、ケプラーは2,600以上の太陽系外惑星を確認し、比較惑星学に革命をもたらしました。

2013-2025年: ガイア

ガイアミッションは、天の川銀河の18億以上の星を、類を見ない位置天文学の精度で地図化し、銀河の3次元ダイナミクスの研究を可能にしました。ポインティング安定化のための冷媒ガスが不足したため、衛星は2025年1月15日に科学観測を終了し、その後、退避用の太陽周回軌道に移され、2025年3月27日に完全に停止されました。しかし、データの活用は今後も長年にわたって続けられます：データリリース4は2026年に、最終リリースであるデータリリース5は2020年代後半に公開される予定です。

2018年: TESS

トランジット系外惑星サーベイ衛星は、近くて明るい太陽系外惑星を探査します。固定された遠方の視野を観測したケプラーとは異なり、TESSは空のほぼ全体を連続するセクションに分けて走査し、追跡観測に適した近くて明るい星をターゲットにします。この補完的な戦略により、他の機器、特にジェームズ・ウェッブによる詳細な特性評価が可能な数千の惑星候補を特定することができました。

2021年: ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST)

ジェームズ・ウェッブは大きな進歩を表しています。打ち上げ時に折りたたまれ、軌道上で折り紙のように展開される6.5mのセグメント化されたミラーと、テニスコートほどの大きさのサンシールドによって受動的に約−233°Cに冷却された赤外線機器により、ビッグバン後に形成された最初の銀河を観測し、太陽系外惑星の大気を分析し、星形成のプロセスを探求します。

宇宙望遠鏡の寿命とミッション終了

複数の要因と注目すべき例外

宇宙望遠鏡の寿命は、エネルギー供給、熱的安定性、センサーの経年劣化など、多くの要因に依存します。地上の天文台とは異なり、軌道上に設置された後は一般的に修理や補給ができません。ただし、当時のアメリカのスペースシャトルによる5回のメンテナンスミッションの恩恵を受けたハッブルは注目すべき例外です。

運用期間：予測をしばしば上回る

ミッションは、多くの場合3年から10年の公称運用期間で設計されていますが、システムの堅牢性により多くの機器がこれらの予測を大幅に上回ります。例えば、スピッツァーは予定の5年に対して約17年間機能し、チャンドラとハッブルは打ち上げから20年以上経った現在も運用中です。

ミッション終了の主な原因

ミッションの終了にはいくつかの原因があります ：

• 軌道修正やラグランジュポイント維持に必要な燃料の枯渇。この要因により、ガイアは2025年1月に安定化用の冷媒ガスを使い果たし、観測を終了しました。
• 極端な温度サイクルによる電子機器や光学部品の熱的劣化。
• スペクトル感度に影響を与える検出器（CCD、ボロメータ、フォトダイオード）の経年劣化。
• 通信の喪失または送信アンテナの故障。
• 軌道制約: 低軌道の望遠鏡の場合、大気抵抗により徐々に軌道が減衰します。高度維持のための推進手段を失ったNEOWISEは、2024年8月8日に運用を終了した後、2024年11月1日に地球の大気圏に突入し崩壊しました。

望遠鏡の行方：大気圏再突入か墓場軌道か

運用寿命の終わりに、望遠鏡は制御された大気圏再突入のために軌道を離脱させるか（2000年のコンプトンや、最近では2024年のNEOWISEのように）、または活動中の軌道への汚染を避けるために、安定した遠く離れた「墓場軌道」に残されます。ラグランジュポイントL2に位置するジェームズ・ウェッブやユークリッドなどの天文台は、この後者の手順に従います。L2にも位置していたガイアは、最終的に停止される前に、2025年に退避用の太陽周回軌道に移されました。

消滅フェーズ：計画されたサイクルの終わり

エンジニアは、設計段階から段階的な消滅フェーズを計画し、残存エネルギーの利用を最適化し、運用停止の安全を確保します。このステップは技術サイクルの終わりを示しますが、より高性能な次世代天文台の登場への準備でもあります。

将来の展望：構想から採用へ

長らく構想段階にあったいくつかの大規模宇宙望遠鏡プロジェクトが、最近、具体的な実現に向けて決定的な段階を踏みました。

ハビタブル・ワールズ・オブザーバトリー (HWO)

NASAによって一時は別々に検討されていた競合構想LUVOIRとHabExは、2021年末に発表された10年ごとの調査報告書（Astro2020 Decadal Survey）の勧告を受けて統合されました。同機関は現在、ハビタブル・ワールズ・オブザーバトリーという単一のプロジェクトを開発しています。これは、少なくとも直径6メートルのセグメント化された鏡を持ち、紫外線、可視光、近赤外線で観測する望遠鏡です。軌道上で修理可能な「スーパーハッブル」として設計され、近くの恒星のハビタブルゾーンにある地球サイズの惑星の直接検出と特性評価を目的としており、2040年代の打ち上げが構想されています。

NewAthena

2014年にESAによって選定された欧州プロジェクトATHENAは、2023年に予算制約を考慮して規模が再調整され、NewAthenaと改名されました。超巨大ブラックホールの成長と、高温で高エネルギーの宇宙の構造を研究することを目的としたこのX線天文台は、2027年にESAによって正式に承認され、2030年代後半の打ち上げが計画されています。

LISA、重力波を聴く最初の宇宙の耳

数十年にわたる研究の後、LISA（レーザー干渉計宇宙アンテナ）ミッションは、2024年1月25日にNASAとのパートナーシップのもと、ESAによって正式に承認されました。一辺が250万kmの正三角形を形成する3機の衛星で構成され、特に超巨大ブラックホールの合体によって放出される低周波重力波を検出します。打ち上げは2035年頃に計画されています。