タランチュラ星雲が輝く天空へ向けて照射された4本のレーザービーム ESOの天文台で撮影

「レーザーガイド星」って、実在する星じゃなくて人工的に作った星のこと？どうやって星として機能するの？

そうですね。地上のレーザーを上空に向けて照射して、地球の大気圏上層にあるナトリウム層を刺激し、そこで輝く人工的な光の点をつくっているんです。 補償光学の仕組みを考えると理解しやすいかもしれません。望遠鏡で天体を観測するとき、地球の大気がゆらぐせいで像がぼやけてしまう。そのゆらぎを打ち消すには、参照用の「明るい星」が必要で、その星を目安に大気のゆらぎ具合を測定するわけです。通常はたまたま視野に入った実在の星を使うんですが、観測したい方向に明るい星がない場合、困ってしまう。 そこで登場するのがレーザーガイド星。地球の高度90km付近にあるナトリウム層にレーザーを当てると、ナトリウム原子が光を放ちます。それが人工的につくられた「星」のように見えるわけです。完全に自分たちの都合で、好きな場所に「星」を配置できるようになった。つまり、天然の星の有無に左右されず、どんな方向でも補償光学を使った高精度な観測ができるようになったというわけなんです。SF的に見えるのは、その仕組みの巧妙さそのものなのかもしれません。

地上の望遠鏡が大気のゆらぎで像がぼやけるなら、宇宙空間のハッブル望遠鏡にはそういう問題がないってこと？

確かにハッブル望遠鏡は大気の影響がない分、ぼやけの問題は避けられます。ただ、そこで思考が止まると、むしろ地上望遠鏡の存在意義が見えなくなってしまうんですよね。 実は地上の大型望遠鏡には、宇宙望遠鏡にはない優位性があります。まず、鏡が巨大。ハッブルは口径2.4mですが、VLTは8.2m、つまり集光力が10倍以上。受け取れる光の量が圧倒的に多いので、同じ観測時間でも暗い天体をより詳しく見られる。さらに赤外線観測では、地上の方が実は有利。大気を通す波長域での観測に特化することで、特定の現象を深掘りできるんです。 補償光学という技術が生まれたのも、その差を埋めたいという執念があったから。VLTやすばる望遠鏡は、大気のゆらぎを測定・補正することで、ハッブルに匹敵する、あるいは上回る解像度を実現している。つまり、両者は競争相手というより、役割分担してる関係と言えそうです。

VLTは今までレーザー発振器が1基だけだったのに、なぜ今になって4基すべてに搭載するアップグレードを決めたの？

干渉計というのは、複数の望遠鏡を連動させて観測する仕組みなので、本来なら4基すべてが同じ条件で補償光学を使えてこそ力を発揮するはずですよね。でも1基だけレーザー発振器があると、その1基は大気のゆらぎを正確に測定して補正できるけれど、残りの3基はナトリウム層の自然な輝きだけが頼りになる。つまり、観測対象が限定されてしまう。「天然のガイド星がたまたま近くにある天体」という条件付きでしか補償光学の恩恵を受けられなかったわけです。 記事にも書かれている通り、これまでは「南天全体への観測拡大」ができていなかった。でも今、4基すべてにレーザー発振器を積むことで、その制約が一気に外れる。どの方向の天体でも、4基揃って完全な補償光学を使える状態になる。干渉計としての性能が初めて完全に開花するというわけです。 つまり今までは「不完全な状態で我慢していた」のを、ようやく「本来の力を引き出す改修」をしたという流れに見えます。

これって要するに『観測の邪魔をするノイズ（大気のゆらぎ）を逆に測定して打ち消す』という仕組み？

本質的には、その通りです。ただ一つ、「逆に測定」の部分をもう少し正確に見ると、仕組みが見えてきます。 大気のゆらぎは常に変わり続けているので、先に「今このゆらぎはこうなっている」と測定して、望遠鏡の鏡を同じぐらい歪ませることで、相殺するんですよね。音声ノイズキャンセリングヘッドホンみたいに、逆位相の波を重ねあわせるイメージに近い。 その測定の基準となるのが「ガイド星」。通常は近くの明るい星をターゲットにするけれど、そんな都合のいい星が視界にないことが多い。だからレーザーで人工の星を空中に作って、「ここをゆらぎの測定ポイントにしよう」と決める。 おもしろいのは、レーザー自体は観測に使わないということ。レーザーは大気測定の物差し，つまり標尺でしかなくて、本当に欲しい光（タランチュラ星雲など）は別に集めている。4本のレーザーが立ち上る光景は、実は「測定作業」が可視化されたものに過ぎず、そこには壮大な観測技術の地味な営みが隠れているのかもしれません。

夜空に向けてレーザーを照射してるんだけど、飛行機とか人工衛星に誤射する危険性とか、天文学的な悪影響とかはないの？

地球の上層大気にあるナトリウム層を狙ったレーザーなので、飛行機は心配ありません。商用航空路は地上から約10km以下の高度を飛行していて、ナトリウム層は90km上空にあります。その遠さなら、照射の角度がよほど極端でもない限り、衝突のリスクは実質ゼロに近い。 人工衛星についても、軌道高度が様々なため完全とは言えませんが、レーザーは極めて細いビームなので、偶然に衛星が通過するタイミングで被照射されるような確率は天文学的に低いと考えられます。 むしろ懸念されるのは、地上での観測への悪影響の方だと言えそうです。他の天文台や地域の観測者が、照射されたレーザービームが拡散する光で観測妨害を受ける可能性はあります。ですから実際には、パラナル天文台のような限定的な施設での運用に留められています。また、夜空の保全という観点からも、こうした強力なレーザー照射は国際的なガイドラインに基づいて慎重に管理されているのが実情のようです。