超新星やガンマ線バーストのような一瞬の天文現象を理解することで、宇宙の起源についてより深く知ることができます。しかし、これらの現象の多くは遠くの銀河で爆発し、始まってすぐに終わってしまうため、その研究は困難です。間もなく、新しいタイプの自動望遠鏡がこれらの現象に新たな光を当てようとしています。これを達成するためには、望遠鏡は非常に速く、高感度でなければなりません。maxonから提供されたモーション・ソリューションは、望遠鏡の装置アレイの一部を駆動し、このオペレーションに不可欠です。

夜空を見上げると、天体活動は静かに見えることがよくあります。しかし、肉眼では見えない活動がカラフルに爆発し、その後すぐに消えてしまうのです。超新星、つまり寿命を迎えた星の爆発や、ブラックホールによって引き起こされるガンマ線バーストの巨大な爆発は、私たちの周りの銀河で発生しています。

これらの現象はものすごく性能のよい望遠鏡によって観測できたとしても、観測できるのはほんの数分間だけです。その一時的な性質のため、研究の機会は非常に貴重で、非常に短いのです。これらの現象が特定され、望遠鏡が位置を調整するや否や、観測が難しくなることもあります。

しかし、新しい高速自動化アプローチのおかげで、この儚い現象も新型ロボット望遠鏡（NRT）では目標を定めることが可能になります。NRTはわずか30秒で目標に向かうことができ、従来の望遠鏡の10倍の速度を誇ります。また、感度も4倍向上しており、これにより爆発の最初の瞬間を捉え、宇宙に関する新たな発見が期待されています。

NRTは、2003年にリバプールジョンムーア大学によって開発された「リバプール望遠鏡」の進化版です。この望遠鏡はカナリア諸島のラパルマに設置されており、そこでは高い標高、安定した気象条件、低い光害の恩恵を受けています。NRTも同じ場所に設置され、リバプールジョンムーア大学（LJMU）が主導するコンソーシアムによって開発が進められています。このプロジェクトには、カナリア諸島天体物理学研究所（IAC）やスペインのオビエド大学も協力しています。

30秒でターゲットを捕捉
NRTの印象的なデザインの特徴は、クラムシェル型の筐体です。世界最大のクラムシェルスタイルのルーフを持つこのデザインは、NRTが360度の視界を確保しながら迅速な展開を実現するのに役立ちます。目標まで30秒という目標を達成するためには、望遠鏡を素早く配置する能力も重要です。このように短い時間で現象を観測するためには、望遠鏡の装置を素早く作動させなければなりません。

この装置は、宇宙からの光のさまざまな特性を測定するために設置され、望遠鏡の「フォーカル（焦点）ステーション」という場所に配置されます。光は望遠鏡の光学系を通り、焦点に向かって進み、そこで「サイエンスフォールドミラー」（光学系の3番目のミラー）に到達します。このミラーは45度の角度で傾いており、光を必要な装置に反射させます。フォーカルステーションに配置された観測機器アレイには分光器が含まれ、対象天体の化学組成、温度、質量、光度、さらには相対運動などを測定することで特定することができます。フォーカルステーションにはまた、光の波の到来角を特定して磁場のような現象を識別できる偏光計も搭載されています。

最も望ましい装置の配置場所は「ストレートスルーポート」です。これは一次鏡の直下に位置し、サイエンスフォールドミラーとの相互作用なしに入射光線を直接受け取ります。通常、ストレートスルーポートには、空の広い視野を必要とする装置が配置されます。これはしばしば、超新星やガンマ線バーストの性質を示す明るさを調査するために使用される光度測定を行うイメージングカメラです。NRTのストレートスルーポートには、このようなカメラやポラリメーターが配置される予定です。この配置により、ポラリメーター測定の精度が向上します。

高速かつ精密なミラー制御
ストレートスルーポートに光線を切り替えるか、または切り替えないかを数秒で決定することは、この短い時間内での天体活動を捕らえるために重要です。光線の妨害を防ぐため、フォーカルステーションのミラーは光の経路から迅速に移動する必要があります。これは、リニアモーションシステムとボールねじアクチュエーターで運ばれるプラットフォームにミラーを取り付けることで実現します。

「ミラーとその支持構造は約70kgの重さがあり、この質量を迅速かつ正確に5秒以内に移動させる必要があります」と、LJMUのNRT制御・自動化エンジニア、アダム・ガーナーは言います。「別のモータとギアボックスのソリューションでこの精度を達成することは可能ですが、必要な速度を達成することはできませんでした。そのため、ボールねじに直接接続するダイレクトドライブシステムを指定しました。これにより、追加の伝達による機械的損失を排除しました。」

アダムは、maxonの「ヤングエンジニアプログラム（YEP）」に応募し、工学の専門知識と学術プロジェクトに対する有利な条件を享受しました。maxonエンジニアのロナック・サマニは、maxon IDXダイレクトドライブを指定しました。リニアステージとそのミラーを迅速かつ正確に配置するために、IDXダイレクトドライブはミクロンレベルの精度を保証します。

ダイレクトドライブモーションソリューション
この精度は、ブラシレスDCモータに内蔵されたエンコーダと、位置と速度を滑らかに制御する位置決めコントローラを組み合わせた設計によって達成されます。また、モーションシステムは、リアルタイムのデータ交換によって精密な調整を最適化する「EtherCAT通信プロトコル」によって制御されます。

NRTは無人で運用されるため、信頼性も非常に重要です。この要件はモーションシステムにも及びます。

「望遠鏡のドームは悪天候時に閉じますが、島がサハラ砂漠に近いため、6カ月間の運用後には機器が砂埃で覆われます。この砂埃が敏感な機器に浸透すると損傷を与える可能性があります」と、LJMUのNRTシステムエンジニア、デビッド・コープリーは言います。

ダイレクトドライブモータのIP65定格は、砂埃からの保護を保証し、長期間の信頼性のある運用を実現します。

ファーストライトへ向けて
チームは現在、実験室でフォーカルステーションのリニアモーターの機械的制御をテストしており、2024年1月頃の完成を目指しています。これはNRTの全体的なスケジュールと連動しており、「ファーストライト」と呼ばれる運用開始は2026年に予定されています。

反応速度と感度を兼ね備えたNRTは、宇宙の進化と物理学の理解について新たな発見をもたらすことでしょう。この新しい望遠鏡は、次世代の天文学者にインスピレーションを与えることも目的のひとつです。

「NRTは学校天文台の一部として機能し、イギリス国内だけでなく世界中の学校の生徒たちに自分たちの観測をする機会を提供します。「現在、Schools Observatoryを通じて、学校の生徒たちはリバプール望遠鏡で観測しています。リバプール望遠鏡がオンラインになれば、NRTでも観測できるようになります」。

(mmuk)