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数学・物理学・天文学研究者が挑む「すばる望遠鏡」プロジェクトが求めるプログラマとは──

##「すみれ計画」──宇宙の誕生と膨張の歴史を解き明かす

東京大学国際高等研究所に属する「カブリ数物連携宇宙研究機構(Kavli IPMU)」は、数学、実験・理論物理学、天文学など複数分野の研究者が、宇宙の根源的な謎に挑む国際的な研究機関だ。

▲2011年日本建築学会賞を受賞した「螺旋運動するアカデミア」と呼ばれる斬新なデザインの研究棟

2007年、文科省の世界トップレベル研究拠点プログラム (WPI) の一つとして発足、2012年から基礎科学研究を支援するカブリ財団から寄附を受けるようになり、冠名称がつけられた。

Kavli IPMUが取り組む「宇宙への根源的な疑問に答える」ための研究プロジェクトの一つに「SuMIRe(Subaru Measurement of Images and Redshifts;すみれ)計画」がある。

国立天文台がハワイ・マウナケア山頂で運用する大型光学赤外線望遠鏡「すばる」に、超広視野カメラ「Hyper Suprime Cam(HSC)」や超広視野分光器「Prime Focus Spectrograph(PFS)」を取り付け、その観測を通して、宇宙誕生と宇宙膨張の歴史を解明しようというものだ。

HSCは、独自に開発した116 個のCCD素子を配置し、計8億7000万画素を持つ巨大なデジタルカメラ。満月9個分の広さの天域を一度に撮影できる。すでに2014年から科学運用が始まっており、アンドロメダ銀河M31の全貌を収めた鮮明な写真などが公開されている。

もう一つのPFSもすばる望遠鏡の超広視野を活かしている点ではHSCと同様だが、その視野内に写った多くの星や銀河の写真を撮るかわりに「スペクトル」を同時に取得する分光器だ。

「宇宙からはたくさんの波長の光が届きます。どの波長の光がどのぐらい強いのかという分光データを詳しく調べると、天体との精密な距離やその運動、さらに生まれ変わりのプロセスが辿れるようになります。宇宙をより立体的に、かつ時間の推移を加えることでよりダイナミックに理解することができるようになるのです」
と語るのは、SuMIRe-PFSプロジェクトオフィスのプロジェクトマネージャー・田村直之氏だ。

東京大学 カブリ数物連携宇宙研究機構 特任教授 田村 直之氏
SuMIRe-PFSプロジェクトオフィス プロジェクトマネージャー(システムエンジニア兼任)

田村氏は、最終的には宇宙に存在するといわれる、ダーク・マターやダーク・エネルギーの正体を解明し、宇宙の起源と未来を解き明かすことにつながるはずだと言う。

PFSは最大2400本の光ファイバーで受けた光を同時に分光できるように設計されている。かつては分光観測は天体一つ一つずつを観測していたため膨大な時間がかかった。PFSのような多数同時分光で観測効率は一挙に向上する。

これを実現するためには、それぞれの天体に向けてファイバーを1.5分以内に5ミクロンの精度で移動するファイバーポジショナーというロボットが不可欠だ。

また、近紫外線から近赤外線までカバーし、近くから大きな赤方偏移を持つ遠くの銀河までを同時に測定できるようにする4台の精密分光器、さらにマイクロレンズ・光学ファイバー・ファイバーポジショナ―からなる主焦点装置、そしてシステム制御とデータ処理のソフトウェアが必要になる。

プロジェクトには、米NASAジェット推進研究所や、仏マルセイユ宇宙物理研究所など世界7ヶ国12つ研究機関・大学が参加し、分担して設計、製作を進めている。

Kavli IPMUを中心としたプロジェクトオフィスが担当するのは全体の統括。各研究機関・大学が分担して開発したものを統合し、性能を最大限発揮するためのシステムにまとめあげる。

現在はPFSの設計がほぼ完了し、一部は製作がスタートした段階。2019年にはすばる望遠鏡における科学運用が始まる予定だ。

アプリケーションエンジニアリングの経験が活かされる

超広視野分光器PFSの観測を成功させるためには、主焦点装置や分光器などのハードウェアはもちろん、ソフトウェアの力が欠かせない。

観測装置制御や分光データ解析が肝になるが、それぞれの機関が開発した各部分を統合して望遠鏡につなげる制御系ソフトウェアの開発は日本チームの担当だ。

「現時点のKavli IPMUでこの制御ソフトウェアを書いているのは私ですが、これからのプロジェクトの規模・進捗を考えると、とうてい一人では足りない。私と一緒に実際にプログラムを書き、他国の開発との協調、あるいは、すばる望遠鏡を製作した三菱電機など企業とのやりとりが仕事になります」

そう語るのは、同プロジェクトの特任研究員、下農淳司氏だ。Kavli IPMUがいま求めるソフトウェアエンジニアは、入所後に下農氏と共に作業をすることになる。

東京大学 カブリ数物連携宇宙研究機構 特任研究員 下農淳司氏
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