TED日本語 - ウェンディ・フリードマン: 宇宙の誕生が見える最新型望遠鏡



TED日本語 - ウェンディ・フリードマン: 宇宙の誕生が見える最新型望遠鏡

TED Talks

This new telescope might show us the beginning of the universe
Wendy Freedman




When I was 14 years old, I was interested in science -- fascinated by it, excited to learn about it. And I had a high school science teacher who would say to the class, "The girls don't have to listen to this."

Encouraging, yes.


I chose not to listen -- but to that statement alone.

So let me take you to the Andes mountains in Chile,500 kilometers,300 miles northeast of Santiago. It's very remote, it's very dry and it's very beautiful. And there's not much there. There are condors, there are tarantulas, and at night, when the light dims, it reveals one of the darkest skies on Earth. It's kind of a magic place, the mountain. It's a wonderful combination of very remote mountaintop with exquisitely sophisticated technology.

And our ancestors, for as long as there's been recorded history, have looked at the night sky and pondered the nature of our existence. And we're no exception, our generation. The only difficulty is that the night sky now is blocked by the glare of city lights. And so astronomers go to these very remote mountaintops to view and to study the cosmos. So telescopes are our window to the cosmos.

It's no exaggeration to say that the Southern Hemisphere is going to be the future of astronomy for the 21st century. We have an array of existing telescopes already, in the Andes mountains in Chile, and that's soon to be joined by a really sensational array of new capability. There will be two international groups that are going to be building giant telescopes, sensitive to optical radiation, as our eyes are. There will be a survey telescope that will be scanning the sky every few nights. There will be radio telescopes, sensitive to long-wavelength radio radiation. And then there will be telescopes in space. There'll be a successor to the Hubble Space Telescope; it's called the James Webb Telescope, and it will be launched in 2018. There'll be a satellite called TESS that will discover planets outside of our solar system.

For the last decade, I've been leading a group -- a consortium -- international group, to build what will be, when it's finished, the largest optical telescope in existence. It's called the Giant Magellan Telescope, or GMT. This telescope is going to have mirrors that are 8.4 meters in diameter -- each of the mirrors. That's almost 27 feet. So it dwarfs this stage -- maybe out to the fourth row in this audience. Each of the seven mirrors in this telescope will be almost 27 feet in diameter. Together, the seven mirrors in this telescope will comprise 80 feet in diameter. So, essentially the size of this entire auditorium. The whole telescope will stand about 43 meters high, and again, being in Rio, some of you have been to see the statue of the giant Christ. The scale is comparable in height; in fact, it's smaller than this telescope will be. It's comparable to the size of the Statue of Liberty. And it's going to be housed in an enclosure that's 22 stories -- 60 meters high. But it's an unusual building to protect this telescope. It will have open windows to the sky, be able to point and look at the sky, and it will actually rotate on a base -- 2,000 tons of rotating building.

The Giant Magellan Telescope will have 10 times the resolution of the Hubble Space Telescope. It will be 20 million times more sensitive than the human eye. And it may, for the first time ever, be capable of finding life on planets outside of our solar system. It's going to allow us to look back at the first light in the universe -- literally, the dawn of the cosmos. The cosmic dawn. It's a telescope that's going to allow us to peer back, witness galaxies as they were when they were actually assembling, the first black holes in the universe, the first galaxies.

Now, for thousands of years, we have been studying the cosmos, we've been wondering about our place in the universe. The ancient Greeks told us that the Earth was the center of the universe. Five hundred years ago, Copernicus displaced the Earth, and put the Sun at the heart of the cosmos. And as we've learned over the centuries, since Galileo Galilei, the Italian scientist, first turned, in that time, a two-inch, very small telescope, to the sky, every time we have built larger telescopes, we have learned something about the universe; we've made discoveries, without exception. We've learned in the 20th century that the universe is expanding and that our own solar system is not at the center of that expansion. We know now that the universe is made of about 100 billion galaxies that are visible to us, and each one of those galaxies has 100 billion stars within it.

So we're looking now at the deepest image of the cosmos that's ever been taken. It was taken using the Hubble Space Telescope, and by pointing the telescope at what was previously a blank region of sky, before the launch of Hubble. And if you can imagine this tiny area, it's only one-fiftieth of the size of the full moon. So, if you can imagine the full moon. And there are now 10,000 galaxies visible within that image. And the faintness of those images and the tiny size is only a result of the fact that those galaxies are so far away, the vast distances. And each of those galaxies may contain within it a few billion or even hundreds of billions of individual stars. Telescopes are like time machines. So the farther back we look in space, the further back we see in time. And they're like light buckets -- literally, they collect light. So larger the bucket, the larger the mirror we have, the more light we can see, and the farther back we can view.

So, we've learned in the last century that there are exotic objects in the universe -- black holes. We've even learned that there's dark matter and dark energy that we can't see. So you're looking now at an actual image of dark matter.


You got it. Not all audiences get that.


So the way we infer the presence of dark matter -- we can't see it -- but there's an unmistakable tug, due to gravity. We now can look out, we see this sea of galaxies in a universe that's expanding.

What I do myself is to measure the expansion of the universe, and one of the projects that I carried out in the 1990s used the Hubble Space Telescope to measure how fast the universe is expanding. We can now trace back to 14 billion years. We've learned over time that stars have individual histories; that is, they have birth, they have middle ages and some of them even have dramatic deaths. So the embers from those stars actually then form the new stars that we see, most of which turn out to have planets going around them.

And one of the really surprising results in the last 20 years has the been the discovery of other planets going around other stars. These are called exoplanets. And until 1995, we didn't even know the existence of any other planets, other than going around our own sun. But now, there are almost 2,000 other planets orbiting other stars that we can now detect, measure masses for. There are 500 of those that are multiple-planet systems. And there are 4,000 -- and still counting -- other candidates for planets orbiting other stars. They come in a bewildering variety of different kinds. There are Jupiter-like planets that are hot, there are other planets that are icy, there are water worlds and there are rocky planets like the Earth, so-called "super-Earths," and there have even been planets that have been speculated diamond worlds.

So we know there's at least one planet, our own Earth, in which there is life. We've even found planets that are orbiting two stars. That's no longer the province of science fiction. So around our own planet, we know there's life, we've developed a complex life, we now can question our own origins. And given all that we've discovered, the overwhelming numbers now suggest that there may be millions, perhaps -- maybe even hundreds of millions -- of other [ planets ] that are close enough -- just the right distance from their stars that they're orbiting -- to have the existence of liquid water and maybe could potentially support life. So we marvel now at those odds, the overwhelming odds, and the amazing thing is that within the next decade, the GMT may be able to take spectra of the atmospheres of those planets, and determine whether or not they have the potential for life.

So, what is the GMT project? It's an international project. It includes Australia, South Korea, and I'm happy to say, being here in Rio, that the newest partner in our telescope is Brazil.


It also includes a number of institutions across the United States, including Harvard University, the Smithsonian and the Carnegie Institutions, and the Universities of Arizona, Chicago, Texas-Austin and Texas A & M University. It also involves Chile.

So, the making of the mirrors in this telescope is also fascinating in its own right. Take chunks of glass, melt them in a furnace that is itself rotating. This happens underneath the football stadium at the University of Arizona. It's tucked away under 52,000 seats. Nobody know it's happening. And there's essentially a rotating cauldron. The mirrors are cast and they're cooled very slowly, and then they're polished to an exquisite precision. And so, if you think about the precision of these mirrors, the bumps on the mirror, over the entire 27 feet, amount to less than one-millionth of an inch. So, can you visualize that? Ow!


That's one five-thousandths of the width of one of my hairs, over this entire 27 feet. It's a spectacular achievement. It's what allows us to have the precision that we will have.

So, what does that precision buy us? So the GMT, if you can imagine -- if I were to hold up a coin, which I just happen to have, and I look at the face of that coin, I can see from here the writing on the coin; I can see the face on that coin. My guess that even in the front row, you can't see that. But if we were to turn the Giant Magellan Telescope, all 80-feet diameter that we see in this auditorium, and point it 200 miles away, if I were standing in Sao Paulo, we could resolve the face of this coin. That's the extraordinary resolution and power of this telescope. And if we were --


If an astronaut went up to the Moon, a quarter of a million miles away, and lit a candle -- a single candle -- then we would be able to detect it, using the GMT. Quite extraordinary.

This is a simulated image of a cluster in a nearby galaxy. "Nearby" is astronomical, it's all relative. It's tens of millions of light-years away. This is what this cluster would look like. So look at those four bright objects, and now lets compare it with a camera on the Hubble Space Telescope. You can see faint detail that starts to come through. And now finally -- and look how dramatic this is -- this is what the GMT will see. So, keep your eyes on those bright images again. This is what we see on one of the most powerful existing telescopes on the Earth, and this, again, what the GMT will see. Extraordinary precision.

So, where are we? We have now leveled the top of the mountaintop in Chile. We blasted that off. We've tested and polished the first mirror. We've cast the second and the third mirrors. And we're about to cast the fourth mirror. We had a series of reviews this year, international panels that came in and reviewed us, and said, "You're ready to go to construction." And so we plan on building this telescope with the first four mirrors. We want to get on the air quickly, and be taking science data -- what we astronomers call "first light," in 2021. And the full telescope will be finished in the middle of the next decade, with all seven mirrors.

So we're now poised to look back at the distant universe, the cosmic dawn. We'll be able to study other planets in exquisite detail.

But for me,one of the most exciting things about building the GMT is the opportunity to actually discover something that we don't know about -- that we can't even imagine at this point, something completely new. And my hope is that with the construction of this and other facilities, that many young women and men will be inspired to reach for the stars.

Thank you very much. Obrigado.


Bruno Giussani: Thank you, Wendy. Stay with me, because I have a question for you. You mentioned different facilities. So the Magellan Telescope is going up, but also ALMA and others in Chile and elsewhere, including in Hawaii. Is it about cooperation and complementarity, or about competition? I know there's competition in terms of funding, but what about the science?

Wendy Freedman: In terms of the science, they're very complementary. The telescopes that are in space, the telescopes on the ground, telescopes with different wavelength capability, telescopes even that are similar, but different instruments -- they will all look at different parts of the questions that we're asking. So when we discover other planets, we'll be able to test those observations, we'll be able to measure the atmospheres, be able to look in space with very high resolution. So, they're very complementary. You're right about the funding, we compete; but scientifically, it's very complementary.

BG: Wendy, thank you very much for coming to TEDGlobal.

WF: Thank you.


14歳の時 科学に興味がありました 魅了されていました 学ぶことに夢中でした 高校の科学の先生はこう言いました 「女子は授業を聞かなくてもよろしい」



私はその言葉だけには 従いませんでした

さて 皆さんをチリのアンデス山脈に お連れしましょう そこはサンティアゴから 500キロメートル北東にあります 人里離れた乾燥地帯で とても美しい場所です そこにはほとんど何もありません コンドルやタランチュラが生息しています 夜は明かりが無いので 地球上 最も暗い空が広がります その山は ある意味 魔法の場所です そこは人里離れた所にある山の頂きと 非常に精巧な技術が合わさった 素晴らしい所です

歴史に残される限り 人類の祖先は 夜空を見上げ 我々の存在の本質に 思いを巡らせてきました 勿論 現在の私たちの世代もそうです 唯一の問題点は 現代の夜空が 都会のまぶしい明かりで 妨害されていることです だから 天文学者たちは こういった人里離れた山頂に行き 宇宙を観察・研究しているのです 望遠鏡は人類が宇宙を覗く窓です

南半球は将来 21世紀の 天文学の中心となる そう言っても 言い過ぎではありません 既に チリのアンデス山中に 一連の望遠鏡が設置されています さらに 驚くような新機能を持った望遠鏡が 近々 そこに加わる予定です そこでは2つの国際機関が ヒトの目の様に可視光を検知する 巨大望遠鏡を建設中です そこには サーベイ望遠鏡も置かれます 2,3晩ごとに全天を走査します 電波望遠鏡も置かれます 波長の長い電波をキャッチします さらに 望遠鏡は宇宙にも設置されます ハッブル宇宙望遠鏡を引き継ぐもので ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡と言い 2018年に打ち上げられる予定です 人工衛星TESS(テス)も登場予定です 太陽系の外側にある惑星を 発見することが期待されています

この十年間 私はある国際的な 共同事業体を率いてきました 建設が完了すると 世界最大の光学望遠鏡になります その望遠鏡は巨大マゼラン望遠鏡 もしくは GMTと言います この望遠鏡に搭載される鏡は それぞれが 直径8.4mの大きさがあります この会場に置くと 観客席の後ろ4列目までを覆います その望遠鏡に搭載される 7枚の鏡1枚あたりが 直径8.4mなのです その望遠鏡の7枚全ての鏡を合わせると 直径24mになります この会場がすっぽり入ってしまいますね その望遠鏡は高さ43mになります リオデジャネイロで コルコバードのキリスト像を 見た方もいるでしょう 高さを比較すると そのキリストは 実に この望遠鏡よりも小さいのです それは自由の女神に 匹敵する大きさなのです また その望遠鏡を納めるケースは 22階の建物と同じ 60mの高さがあります そのケースは望遠鏡を守るための 特殊な建築物なのです それは空に向けて開き 一点に集中して空を観察することができます また その台は回転します 2000トンの回転する建築物です

巨大マゼラン望遠鏡は ハッブル宇宙望遠鏡の 10倍の分解能があります ヒトの目より2千万倍も敏感です そして今まで不可能だった 太陽系の外の惑星にいる 生命体を見つけることが できるかもしれません 宇宙誕生時の最初の一筋の光を ― 文字通り 宇宙の夜が明けるのを 見ることができます 宇宙の夜明けです この望遠鏡は宇宙の過去を観察できます 星が集まりつつある時点での 銀河を目撃したり 宇宙で最初のブラックホールや 銀河を見ることができるのです

何千年もの間 人類は宇宙を研究し続けています 宇宙における地球とは何かについて 思索しています 古代ギリシャ人は 地球が宇宙の中心だと 人々に説いてきました 500年前 コペルニクスは 地球を脇においやり 太陽を宇宙の中心に置いたのです それから何世紀にもわたって 私たちは学んできました イタリアの科学者 ガリレオ・ガリレイが 5cmのとても小さな望遠鏡で 空を見始めた時から 人類は より大きな望遠鏡を作る度に 必ず 宇宙に関する 何か新しいことを発見し 学んできました 20世紀には 宇宙が膨張していることと 太陽系がその膨張の 中心でないことを知りました 今では 宇宙には観測可能な 約1千億個の銀河が あることが分かっています さらに 個々の銀河には 1千億個の恒星が含まれています

今 私たちは これまでない 遥か遠くにある宇宙の 画像を見ています これはハッブル宇宙望遠鏡を使って 撮影されました ハッブル望遠鏡が打ち上げられる前には 暗黒に見えていた空の部分を 映したものです この部分の大きさを例えるなら 満月の50分の1です ですから 満月を想像してみると 分かりやすいと思います そこには1万個の銀河が見えています この画像が小さくてハッキリしない 理由はたった1つ ― その銀河がとても遠く 果てしない距離があるからです そんな銀河の1つ1つには 数十億から数千億個の 恒星が含まれているでしょう 望遠鏡はタイムマシーンの様です より遠くを見ることで より昔の宇宙を見ているのです 望遠鏡は光のバケツです 文字通り 光を集めるのです より大きなバケツほど より大きな鏡を持つほど より多くの光を見ることができる そしてより遠くを眺めることができます

さて 人類は前世紀に 宇宙で神秘的なものを発見しました ブラックホールです ダークマターやダークエネルギーなど 見ることが出来ないものが あることさえ分りました 皆さんは今 実際に ダークマターの画像を見ているのです


あなたには見えましたね 見えない人もいます


さて ダークマターの存在は ― それは見えないのにも関わらず 重力による明らかな引力から推測されます 今では 膨張し続ける宇宙の中の 銀河の海を見ることができます

私自身が行ったことは 宇宙の膨張を測ることです 1990年代に私が行なった プロジェクトの1つでは ハッブル宇宙望遠鏡を使い 宇宙の膨張速度を測りました 今では140億年前まで追跡できます 次第に 恒星には個々の歴史が あることが分かりました つまり 恒星は誕生し 成長して いくつかは壮大な死を迎えます この様に 死に行く恒星の残り火が 新たな恒星を形作っています 多くの恒星はいずれ その周りを周回する惑星を従えます

そして この20年間における 実に素晴らしい成果の1つは 太陽以外の恒星を周回する惑星を 発見したことです このような惑星を系外惑星と言います 1995年まで 私たちは 太陽系以外の 惑星の存在を確認できませんでした しかし今では 太陽以外の恒星を公転する およそ2千個の惑星を 検知し その質量を測定できるのです そのうち500個の星系では 複数の惑星が発見されています さらに4千個の ― 今でも数えている途中ですが ― 惑星だと思われる候補があります 惑星には様々な種類があります 木星の様に熱い惑星や 氷でできた惑星 水の惑星 地球タイプの岩石惑星で 「巨大地球型惑星」もあります さらにはダイヤモンドでできていると 推測される惑星もあるのです

そして少なくとも1つの惑星 ここ地球に 生命体が存在しています 2つの恒星の周りを公転している 惑星も発見されています もはやSFの世界ではありません 地球に生命体がいることは分かっています 人類は複雑な生命体に進化しました 今こそ自分たちの起源を問う時です これまでに発見されたことから 膨大な数の ― おそらく数百万 もしかすると 数億の惑星が それらが周回する恒星に十分近く 適切な距離 ― 生命の維持に必要な 液体の水が存在し得るような場所に 位置していると推測されます ですから私たちは 地球外生命の 存在可能性の高さに驚いています そして 素晴らしいことは あと10年以内に おそらく GMTがそれらの惑星が発する 大気のスペクトルを分析して 生命体の可能性があるかどうかを 決定できるのです

さて GMTプロジェクトとは何でしょうか? これは国際プロジェクトです オーストラリア 韓国 そして ここにきてうれしいことに 新たにブラジルが加わりました


これにはアメリカ中の大学・研究施設も 含まれます ハーバード大学 スミソニアン天体物理学センター カーネギー研究所 アリゾナ大学 シカゴ大学 テキサス大学オースティン校 テキサスA&M大学 です またチリも参加しています

この望遠鏡の鏡を 自ら手掛けて製作することも 魅力的なことです ガラスの塊を回転式の炉で溶かす作業は アリゾナ大学フットボールスタジオの 地下で行われました 5万2千席の会場の下に隠されており 誰もそのことに気が付きませんでした それは実際のところ回転式の大釜です 鏡は型に流し込まれ 非常にゆっくりと冷やされ それから 極めて精密に 磨かれました この鏡がどれほど精密かというと 直径8mにわたる鏡の凸凹は 1㎝の40万分の1以下です ご覧になりたいですか? おう!


直径8m全体で 私の毛1本分の幅の 5千分の1です それは見事な離れ業でした その鏡は私たちが求める 精度だったのです

なぜ精度にこだわったかというと GMTを考えてみてください もし 私が今持っているコインを持ち上げ 表面をみると ここなら このコインの文字を 見分けることができます コインの面が見えるのですが 多分 最前列の皆さんでさえ 見えないと思います しかし もしも この会場内に 直径24mの巨大マゼラン望遠鏡を置き ここから320㎞離れた サンパウロに私が立っていても コインの表面を見分けることが出来ます これが この望遠鏡の 並はずれた分解能と能力なのです そして もしも私たちが ―


もしも 宇宙飛行士が 40万km先の月に行き キャンドルに ― たった1本のキャンドルに火を灯したなら GMTを使えば それを発見することができるでしょう とても並外れています

これは近隣の銀河内にある星団の見え方の シミュレーションです 「近隣」は宇宙空間での基準であって 相対的なものです 数千万光年先という意味です 星団はこんな風に見えるでしょう では これら4つの 明るい物体を見てください そして これをハッブル宇宙望遠鏡の カメラ画像と比べましょう 星々の詳細が見えてきました 最後に ― どれだけ劇的か見てください ― これはGMTが見るであろう画像です では もう一度 この明るい画像を見続けてください これが地球上に現存する 1番パワフルな望遠鏡の見え方です そして 再び GMTの見え方 この上なく精密です

さて どこまで出来たでしょう? チリの最高峰の山頂に運び上げました そして始動させました 最初の鏡をテストし 磨き上げました 2番目と3番目の鏡を型に流し込みました そして4番目の鏡を型に流そうとしています 今年は一連の調査を受けました 国際的な調査団が 私たちを評価しに来たのです そしてこう言いました 「組み立てる用意ができたな」 ですから 私たちはまず4枚の鏡で 望遠鏡を組み立てる計画を立てています 早く 作動させて 科学データを取りたい ― 天文学者は2021年予定の初運用を 「ファースト・ライト」と呼んでいます 7枚の鏡が設置され 望遠鏡が完成するのは 2020年代の中頃になるでしょう

我々は今 遠い宇宙を観測し 宇宙の夜明けを見る 用意ができています 太陽系外惑星をとても詳細に 研究することも可能となるでしょう

でも私にとって 何より興奮することは GMTの建設です それは人類が今まで知らなかった何か ― 想像もしなかった完全に新たなことを 発見する絶好の機会なのです そして私の希望は この望遠鏡と他の施設が 多くの若者たちを 星に到達したい気持ちにさせることです

ありがとうごさいました (ポルトガル語) ありがとう


(ブルーノ・ジュサーニ) ありがとう ウェンディ 質問がありますので そのままで あなたはいくつかの施設に触れました マゼラン望遠鏡が立ち上がろうとしてますが チリにあるALMAや他の施設 他にもハワイなどにもあります それはお互いに協力の関係ですか? それとも競争の関係? 資金獲得の競争があるのは分りますが 研究の面でもそうなのですか?

(ウェンディ・フリードマン) 科学の世界では 研究者は皆 協力し合っています 宇宙望遠鏡 地上の望遠鏡 波長の異なる信号を検知する望遠鏡 似ていても 異なる装置を有するものなど それぞれが我々の疑問に対し 異なる部分を観測しています 惑星について発見したい時は これらの観測データを調べ 大気を測ったり 非常に高い分解能で宇宙を 観測することが出来るでしょう それらはとても補強しあってます 資金獲得については その通りで 競合しています しかし 科学の面では とても協力関係にあるのです

(ブルーノ) TEDグローバルに来てくれて どうもありがとう

(ウェンディ) ありがとう


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