7大学から集まった19人の研究者が南極で、6基の望遠鏡からなる実験装置「SPIDER」を組み立てている。装置はヘリウム気球に取り付けられ、地表から約36キロメートル上空まで運ばれる。
研究者の一人は、トロント大学で天文学・天体物理学の博士課程に在籍するJamil Shariffだ。
「この実験の目的は、宇宙の始まり、つまりビッグバンからほんの一瞬後に何が起きたのかを、より深く理解することです」と、彼はマクマード基地から電子メールで書いている。
「SPIDERは、宇宙誕生時の猛烈な熱の名残である光に見られる揺らぎを観測します。この原始の光は空全体に広がる輝きとして現れ、『宇宙マイクロ波背景放射』と呼ばれています。」
SPIDERは12月中旬から下旬に打ち上げられる見込みだ。（これまでの体験を写した Shariffのフォトギャラリー をご覧ください。）
「望遠鏡をこの高度まで上げるのは、地球の大気の大部分より上に出すためです」とShariffは言う。「大気そのものの発光は、私たちが観測しようとしている初期宇宙からの光を部分的に覆い隠す傾向があるため、望遠鏡をその上に持ち上げるのが有利なのです。」
（右の写真：望遠鏡を絶対零度よりわずか0.3度高い温度まで冷却する、液体ヘリウムを入れた大型容器のクライオスタット。）
「地上望遠鏡による観測も他のプロジェクトで行われていますが、それだけにとどめず、実験装置を気球に載せる手間をかける理由の一つがこれです。」
CMBは空全体に広がる輝きとして現れるが、人間の目には見えない。「マイクロ波と呼ばれる、スペクトルの別の領域の光です」とShariffは言う。私たちには見えないが、SPIDERの特殊カメラなら検出できる。
（SPIDERについてのScientific Americanの記事を読む）
10月27日にマクマード基地に到着したShariffには、トロント大学の同僚5人が加わっている。Barth Netterfield教授と、博士課程のSteven Benton、Natalie Gandilo、John Hartley、Ivan Padillaだ。SPIDERチームの大半は、実験の打ち上げが可能になる時期に応じて、1月上旬から中旬まで南極に滞在する。
「打ち上げ後も実験を継続的に監視し、ときどき指令を送る必要があります」とShariffは言う。「そのため、滞在期間は気球が大陸を一周するのにどれだけかかるかにも左右されます。」
Shariffの博士論文はSPIDERプロジェクトをテーマとしており、今回の旅は実験のさまざまな側面を設計、製作、試験してきた6年間の集大成だ。
「私たちは望遠鏡を打ち上げ、約20日間CMBを観測して、必要な科学データを得るためにここに来ています。ずっと取り組んできた最終目標が、ついに視野に入ってきました。」
現在、南極は夏で、気温はトロントの冬に似ているとShariffは言う。
「季節が進むにつれてさらに暖かくなり、気温は0度に近づきます。やがて海氷が溶け始め、崩れていくほどです。」
晴れて澄み渡り、穏やかな日が多かったのは幸運だったと彼は言う。一方、悪天候のため、氷上へ向かうSPIDER研究者の第一陣はニュージーランドのクライストチャーチで丸1週間足止めされた。
「南極の天候は非常に速く変わります。悪天候の一団が突然やって来て、不意を突かれることがあります。ひどい場合は視界がほぼゼロになったり、風が強すぎて飛行機が着陸できなくなったりします。」
南緯78度という極端な緯度ならではの、夏の楽しい副産物がある。太陽が沈まないのだ。
「昼がずっと続きます。慣れるまで少し時間がかかります。冬は夜がずっと続き、凍えるほど寒くなります。そんな条件のときにここにいなくてよかったです。」
南極の夏は比較的穏やかな気温だが、科学者には「極寒地用装備」（ECW gear）と呼ばれる衣類が支給される。要となるのは、Canada Goose製の、大きく鮮やかな赤色をしたダウン入り遠征用パーカだ。同社はトロント大学卒業生のDani Reeseによって変革を遂げた。
研究者たちは「ビッグレッド」と呼ぶコートを着るほど寒くなくても、マクマード基地と、数キロ離れた「LDB」（長期気球施設）との移動時にはECW装備を携行しなければならない。車両が故障したり、天候が悪化して立ち往生したりする場合に備えるためだ。（右上の写真：PadillaとGandillo。）
「マクマード基地には、体育館、運動室、郵便局、図書館、礼拝堂、バー2軒、ワインも出すコーヒーハウス、食堂など、小さな米国の町にあるような設備が多くあります」とShariffは言う。「屋外でのレクリエーションなら、基地内や近くに素晴らしいハイキングコースがいくつもあり、さらに離れた場所にもあります。宿泊施設は基本的に寮の部屋で、Wi-Fiも使えますが、帯域幅は限られています。基地全体の帯域幅は、北米の大きな世帯一軒分に相当します。」
「地質学者などの中には、快適な設備がほとんどない非常に遠隔地の野外キャンプで時間を過ごす人もいますが、私たちの活動はそうではありません。マクマード基地には暖房、電力、水道があり、シャワーも浴びられます。ただし水を節約するため、2日に1回だけです。」
今のところ、Shariffの仕事にはかなりの作業が必要だ。
「今はSPIDERの組み立てで忙しく、工具を使って部品をボルトで固定したり、穴を開けたり、電子機器をはんだ付けして配線したり、ケーブルを引き回したりしています」と彼は言う。「その後、ペイロード全体が組み上がって試験段階に入ると、重点はソフトウェアに移ります。飛行中に望遠鏡を制御するコードを書いたり、バグを修正したり、コンピューター端末で状況を監視したりします。」
Shariffは幼い頃から天文学と天体物理学に魅了され、学部生としてUBCの工学物理学プログラムで応用科学を学んだ。
「天文学の観測機器研究室で夏のインターンを何度か経験した後、天文学のより技術的な側面に進み、新たな科学的発見を可能にする実際のハードウェアを開発する人になりたいと気づきました。ずっと関心を持ってきた科学に携わりながら、工学のスキルを有効に生かせる方法だと思ったのです。」
「トロント大学の天文学の大学院課程への入学が決まる頃には、気球搭載望遠鏡を実際に製作しているBarth Netterfield教授の研究室に入りたいという気持ちは、かなりはっきりしていました。こうして、この素晴らしい冒険に加わることになったのです！」
本記事は トロント大学ニュース との協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：Jamil Shariffはトロント大学の天文学・天体物理学の博士課程学生。
画像：各望遠鏡のインサート内部にある磁気シールドのクローズアップを紹介。提供： Spider
