Anil Ananthaswamy: What it takes to do extreme astrophysics

アニル・アナンサスワーミー「極限の環境での天体物理学」

翻訳: Wataru Narita 校正: Lily Yichen Shi

I would like to talk today

これから皆さんに

about what I think is one of the greatest adventures

人類が乗り出した

human beings have embarked upon,

最大の冒険の１つである

which is the quest to understand the universe

宇宙と その中での我々の歩みを

and our place in it.

理解しようとする探求についてお話しします

My own interest in this subject, and my passion for it,

私がこのテーマに惹かれ 情熱を抱くようになったのは

began rather accidentally.

偶然でした

I had bought a copy of this book,

「相対論はいかにしてつくられたか」という

"The Universe and Dr. Einstein" --

中古のペーパーバックを

a used paperback from a secondhand bookstore in Seattle.

以前 シアトルの古本屋で買いました

A few years after that, in Bangalore,

数年後 バンガロールで

I was finding it hard to fall asleep one night,

ある晩 寝つけなくて

and I picked up this book,

この本を読めば10分で眠れるだろうと

thinking it would put me to sleep in 10 minutes.

手に取りました

And as it happened,

でも実際には

I read it from midnight to five in the morning in one shot.

真夜中から朝５時まで一気に読み通しました

And I was left with this intense feeling

そこから私が強く感じたのは

of awe and exhilaration

宇宙と 宇宙を可能な限り理解しようとする

at the universe

人間の能力に対する

and our own ability to understand as much as we do.

畏敬と高揚感でした

And that feeling hasn't left me yet.

その思いは今も抱いています

That feeling was the trigger for me

その思いに突き動かされ

to actually change my career --

私はキャリアを変えました -

from being a software engineer to become a science writer --

ソフトウェア・エンジニアからサイエンス・ライターへ -

so that I could partake in the joy of science,

科学がもたらす喜びと

and also the joy of communicating it to others.

それを人々に伝える喜びに 関わりたかったのです

And that feeling also led me

その思いはまた

to a pilgrimage of sorts,

私を巡礼の旅へと導きました

to go literally to the ends of the earth

地の果てを訪れ

to see telescopes, detectors,

宇宙をより精細に観測するために

instruments that people are building, or have built,

建造された あるいは建設中の

in order to probe the cosmos

望遠鏡や探知機を

in greater and greater detail.

訪ねる旅です

So it took me from places like Chile --

訪れたのは

the Atacama Desert in Chile --

チリのアタカマ砂漠や

to Siberia,

シベリア

to underground mines

日本アルプスや北米の

in the Japanese Alps, in Northern America,

地下鉱山

all the way to Antarctica

そして南極大陸

and even to the South Pole.

果ては南極点にまで行きました

And today I would like to share with you

今日は皆さんに

some images, some stories of these trips.

その旅からの写真や物語をお話ししたいと思います

I have been basically spending the last few years

私はこの数年間

documenting the efforts

途方もなく勇敢な人々の挑戦を

of some extremely intrepid men and women

記録してきました

who are putting,

宇宙を理解するために

literally at times, their lives at stake

時には 文字通り命をかけて

working in some very remote and very hostile places

隔絶された危険な場所で働きながら

so that they may gather the faintest signals from the cosmos

宇宙からのかすかな信号を集めようとする

in order for us to understand this universe.

人々のことです

And I first begin with a pie chart --

まず この円グラフを見て下さい

and I promise this is the only pie chart

私の話の中で

in the whole presentation --

出てくるグラフはこれだけです

but it sets up the state of our knowledge of the cosmos.

私たちの宇宙に対する理解度がわかります

All the theories in physics that we have today

現在の物理学の理論は

properly explain what is called normal matter --

私たち自身もその一部である

the stuff that we're all made of --

通常の物質についてはよく説明しています

and that's four percent of the universe.

でもそれは宇宙の４％でしかありません

Astronomers and cosmologists and physicists think

天文学者や宇宙学者 物理学者たちは

that there is something called dark matter in the universe,

宇宙にはダークマターというものがあり

which makes up 23 percent of the universe,

それが宇宙の23%を構成し

and something called dark energy,

そして　ダークエネルギーと呼ばれるものが

which permeates the fabric of space-time,

時空を満たし

that makes up another 73 percent.

残りの73％を占めている と考えています

So if you look at this pie chart, 96 percent of the universe,

円グラフで説明すると 宇宙の96％は

at this point in our exploration of it,

現代の私たちにとって

is unknown or not well understood.

全く あるいはほとんど わかっていないのです

And most of the experiments, telescopes that I went to see

私が見に行った実験や望遠鏡の多くは

are in some way addressing this question,

何らかの形で ダークマターとダークエネルギーという

these two twin mysteries of dark matter and dark energy.

２つの謎に取り組んでいます

I will take you first to an underground mine

まずはミネソタ州の北部にある

in Northern Minnesota

地下鉱山から見て行きましょう

where people are looking

研究者たちが

for something called dark matter.

ダークマターを探しています

And the idea here is that they are looking for a sign

ここでは ダークマターの粒子が探知機にぶつかる

of a dark matter particle hitting one of their detectors.

痕跡を見つけようとしています

And the reason why they have to go underground

地下を利用するのには理由があります

is that, if you did this experiment on the surface of the Earth,

地上で実験すると

the same experiment would be swamped by signals

同じ実験でも

that could be created by things like cosmic rays,

宇宙線や電波などに

ambient radio activity,

妨害されてしまいます

even our own bodies. You might not believe it,

信じられないかもしれませんが 人体でさえ

but even our own bodies are radioactive enough to disturb this experiment.

実験を台無しにするだけの放射能を帯びています

So they go deep inside mines

だから鉱山の奥深くに分け入り

to find a kind of environmental silence

ダークマターの粒子が探知機にぶつかるのを

that will allow them to hear

検出できるような

the ping of a dark matter particle hitting their detector.

静かな環境を探すのです

And I went to see one of these experiments,

そんな実験の１つを見に行きました

and this is actually -- you can barely see it,

実際には 完全に真っ暗なので

and the reason for that is it's entirely dark in there --

ほとんど見ることができませんが

this is a cavern that was left behind by the miners

この洞窟は1960年に閉鎖された

who left this mine in 1960.

鉱山です

And physicists came and started using it

1980年代から

sometime in the 1980s.

物理学者が使っています

And the miners in the early part of the last century

20世紀初頭の鉱夫たちは

worked, literally, in candlelight.

ロウソクの光で働いていました

And today, you would see this inside the mine,

今では地下800mにある鉱山の内部を

half a mile underground.

見ることができます

This is one of the largest underground labs in the world.

ここは世界最大級の地下研究所です

And, among other things, they're looking for dark matter.

第一の目的はダークマターを見つけることです

There is another way to search for dark matter,

ダークマターの探査には別の方法もあります

which is indirectly.

間接的な検出です

If dark matter exists in our universe,

この宇宙にダークマターが

in our galaxy,

存在するならば

then these particles should be smashing together

その粒子がぶつかり合って

and producing other particles that we know about --

私たちも知っている別の粒子を作るはずです

one of them being neutrinos.

その１つがニュートリノです

And neutrinos you can detect

ニュートリノは

by the signature they leave

水分子にぶつかる際の痕跡を

when they hit water molecules.

検出することができます

When a neutrino hits a water molecule

ニュートリノが水分子にぶつかると

it emits a kind of blue light,

青い光を放ちます

a flash of blue light,

一瞬青く光るのです

and by looking for this blue light,

その青い光を探すことで

you can essentially understand something about the neutrino

ニュートリノについて知ることができ

and then, indirectly, something about the dark matter

そのニュートリノを作ったかもしれないダークマターのことも

that might have created this neutrino.

間接的に知ることができます

But you need very, very large volumes of water

でも そうするためには

in order to do this.

非常に大量の水が必要です

You need something like tens of megatons of water --

こうしてニュートリノを検出するためには

almost a gigaton of water --

何千万トン、もしくは10億トン近い水が

in order to have any chance of catching this neutrino.

必要になるでしょう

And where in the world would you find such water?

世界のどこにそんな水があるのでしょうか？

Well the Russians have a tank in their own backyard.

ロシア人たちは自国に水槽を持っています

This is Lake Baikal.

バイカル湖です

It is the largest lake in the world. It's 800 km long.

世界最大の貯水量を持つ湖で

It's about 40 to 50 km wide

長さが[600]キロ

in most places,

幅は大体40〜50キロ

and one to two kilometers deep.

そして深さが１〜２キロあります

And what the Russians are doing

ロシア人は

is they're building these detectors

ここに探知機を作り

and immersing them about a kilometer beneath the surface of the lake

水面下１キロほどのところに沈めて

so that they can watch for these flashes of blue light.

青い光を検出しようとしています

And this is the scene that greeted me when I landed there.

私が訪れた時の写真です

This is Lake Baikal

シベリアにあるバイカル湖の

in the peak of the Siberian winter.

真冬の光景です

The lake is entirely frozen.

湖は完全に凍っています

And the line of black dots

後ろに見える

that you see in the background,

黒い点のつながりが

that's the ice camp where the physicists are working.

物理学者が働いている氷のキャンプです

The reason why they have to work in winter

冬に研究を行うのは

is because they don't have the money to work in summer and spring,

春や夏に活動する資金がないからです

which, if they did that,

冬以外の季節だと

they would need ships and submersibles to do their work.

船や潜水艇が必要になります

So they wait until winter --

それで

the lake is completely frozen over --

冬に湖が完全に凍るのを待って

and they use this meter-thick ice

１メートルの厚さの氷を使い

as a platform on which to establish their ice camp and do their work.

研究を行う氷のキャンプの土台を作ります

So this is the Russians working on the ice

ロシア人たちはシベリアの真冬の中

in the peak of the Siberian winter.

氷の上で働いているのです

They have to drill holes in the ice,

彼らは 氷に穴をあけ

dive down into the water -- cold, cold water --

冷たい水の中を潜ります

to get hold of the instrument, bring it up,

装置を引き揚げて 必要な修理や手入れを行い

do any repairs and maintenance that they need to do,

氷が解ける前に

put it back and get out before the ice melts.

それを水中に戻して立ち退かなければなりません

Because that phase of solid ice lasts for two months

氷が安定しているのは２ヶ月しかなく

and it's full of cracks.

あちこちにひびがあります

And you have to imagine, there's an entire sea-like lake

海のように巨大な湖が 下の方で動いているのを

underneath, moving.

想像してみて下さい

I still don't understand this one Russian man

信じられないことに 胸をはだけて作業している

working in his bare chest,

ロシア人の男性もいました

but that tells you how hard he was working.

それだけ重労働だということなのでしょう

And these people, a handful of people,

少数の人々は

have been working for 20 years,

存在するかどうかわからない粒子を探して

looking for particles that may or may not exist.

20年間 研究を続けています

And they have dedicated their lives to it.

人生を捧げているのです

And just to give you an idea,

ちなみに

they have spent 20 million over 20 years.

彼らが使ったのは20年で18億円程度です

It's very harsh conditions.

非常に厳しい状況です

They work on a shoestring budget.

わずかな予算で働いています

The toilets there are literally holes in the ground

トイレは地面に掘った穴を

covered with a wooden shack.

木の小屋で覆っています

And it's that basic,

こんな状況での研究を

but they do this every year.

毎年行っています

From Siberia to the Atacama Desert in Chile,

シベリアの次は チリのアタカマ砂漠にある

to see something called The Very Large Telescope.

超大型望遠鏡の話をしましょう

The Very Large Telescope

この望遠鏡は

is one of these things that astronomers do --

天文学者の仕事にはありがちなのですが

they name their telescopes rather unimaginatively.

想像力に欠ける名前がつけられています

I can tell you for a fact,

事実としてお伝えしますが

that the next one that they're planning is called The Extremely Large Telescope.

次に計画されているのは「極大望遠鏡」と呼ばれています

(Laughter)

（笑）

And you wouldn't believe it,

そして 信じられないでしょうが

but the one after that is going to be called The Overwhelmingly Large Telescope.

その次は「圧倒的巨大望遠鏡」です

But nonetheless,

それはともかく

it's an extraordinary piece of engineering.

この望遠鏡は工学の粋を集めて作られました

These are four 8.2 meter telescopes.

口径8.2mの望遠鏡が４台あります

And these telescopes, among other things,

この望遠鏡の最大の目的は

they're being used to study

宇宙の膨張が 時の経過とともに

how the expansion of the universe is changing with time.

どのように変化するのかを調べることです

And the more you understand that,

その理解が深まれば

the better you would understand

宇宙を構成する

what this dark energy that the universe is made of is all about.

ダークエネルギーについての理解も深まるでしょう

And one piece of engineering that I want to leave you with

この望遠鏡についてお伝えしたい

as regards this telescope

工学的な特徴は

is the mirror.

その鏡です

Each mirror, there are four of them,

４枚ある鏡はいずれも

is made of a single piece of glass,

１枚のガラス素材でできています

a monolithic piece of high-tech ceramic,

高度な技術を要する巨大なセラミックガラスで

that has been ground down and polished to such accuracy

とても精密に研磨されています

that the only way to understand what that is

どれほど精密かと言うと

is [to] imagine a city like Paris,

例えばパリには

with all its buildings and the Eiffel Tower,

いろいろな建物やエッフェル塔がありますが

if you grind down Paris to that kind of accuracy,

もしパリを同じ精密さで研磨したならば

you would be left with bumps that are one millimeter high.

１ミリの高さの突起しか残らないでしょう

And that's the kind of polishing that these mirrors have endured.

超巨大望遠鏡の鏡はそれ程精密に研磨されています

An extraordinary set of telescopes.

驚くべき望遠鏡です

Here's another view of the same.

見方を変えてみましょう

The reason why you have to build these telescopes

この望遠鏡を アタカマ砂漠のような場所に

in places like the Atacama Desert

作らなければならなかったのは

is because of the high altitude desert.

アタカマ砂漠が高所にあるからです

The dry air is really good for telescopes,

乾燥した空気は観測に適していますし

and also, the cloud cover is below the summit of these mountains

雲は山の頂上よりも下の方にできます

so that the telescopes have

だからこの場所は

about 300 days of clear skies.

年に300日程度は好天に恵まれます

Finally, I want to take you to Antarctica.

では最後に 南極にお連れしましょう

I want to spend most of my time on this part of the world.

南極のことにたくさん時間を使いたいのです

This is cosmology's final frontier.

南極は宇宙論の最後のフロンティアです

Some of the most amazing experiments,

最もすごい実験や

some of the most extreme experiments,

最も驚くべき実験の一部は

are being done in Antarctica.

南極で行われています

I was there to view something called a long-duration balloon flight,

長期間気球飛行という実験を見に行きました

which basically takes telescopes and instruments

望遠鏡と観測器具を

all the way to the upper atmosphere,

地上40キロほどの

the upper stratosphere, 40 km up.

上部成層圏に持って行き

And that's where they do their experiments,

そこで実験を行って

and then the balloon, the payload, is brought down.

気球と観測機器を回収します

So this is us landing on the Ross Ice Shelf in Antarctica.

ロス棚氷に上陸しているところです

That's an American C-17 cargo plane

アメリカのC-17輸送機が

that flew us from New Zealand

ニュージーランドから

to McMurdo in Antarctica.

南極のマクマードまで運んでくれました

And here we are about to board our bus.

そこからバスに乗ります

And I don't know if you can read the lettering,

文字が読めるかどうかわかりませんが

but it says, "Ivan the Terribus."

「イワン雷帝バス」と書いてあります

And that's taking us to McMurdo.

そしてマクマード基地に行きます

And this is the scene that greets you in McMurdo.

基地の入り口の様子です

And you barely might be able to make out

この小屋が何か

this hut here.

きっとおわかりではないでしょう

This hut was built by Robert Falcon Scott and his men

これはスコットが最初に南極に来た時に

when they first came to Antarctica

南極点に向けた第１回目の探検の途上で

on their first expedition to go to the South Pole.

建てられた小屋です

Because it's so cold,

あまりに寒いので

the entire contents of that hut is still as they left it,

小屋の中はスコット隊が残したままになっています

with the remnants of the last meal they cooked still there.

最後の料理の食べ残しもそのままです

It's an extraordinary place.

驚くべき場所です

This is McMurdo itself. About a thousand people work here in summer,

マクマード基地では 夏には1,000人ほど

and about 200 in winter

そして 夜が半年続く冬には

when it's completely dark for six months.

200人ほどが働いています

I was here to see the launch

私は この特殊な機材の打ち上げを見るために

of this particular type of instrument.

ここを訪れました

This is a cosmic ray experiment

高度40キロの上部成層圏まで

that has been launched all the way to the upper-stratosphere

打ち上げて行われる

to an altitude of 40 km.

宇宙線の実験です

What I want you to imagine is this is two tons in weight.

想像してみて下さい この機材は２トンの重さがあります

So you're using a balloon

気球を使って

to carry something that is two tons

２トンの機材を

all the way to an altitude of 40 km.

40キロの高さまで持ち上げるのです

And the engineers, the technicians, the physicists

工学者や技術者 物理学者たちが

have all got to assemble on the Ross Ice Shelf,

ロス棚氷の上で組み立て作業を行います

because Antarctica -- I won't go into the reasons why --

理由については述べませんが

but it's one of the most favorable places for doing these balloon launches,

気球の打ち上げに最も適した場所なのです

except for the weather.

天候を除いては

The weather, as you can imagine,

おわかりだと思いますが

this is summer, and you're standing on 200 ft of ice.

季節は夏 高さ60メートルの氷の上です

And there's a volcano behind,

後方には火山があり

which has glaciers at the very top.

頂上は氷河になっています

And what they have to do

ここでの作業は

is they have to assemble the entire balloon --

気球全体 - 布地 パラシュートなど全て - を

the fabric, parachute and everything -- on the ice

氷上で組み立て

and then fill it up with helium.

ヘリウムを入れます

And that process takes about two hours.

２時間ぐらいかかります

And the weather can change as they're putting together this whole assembly.

組み立てを行っている間に天気が変わることもあります

For instance, here they are laying down the balloon fabric behind,

ここでは 気球の布地を地面に横たえ

which is eventually going to be filled up with helium.

ヘリウムを注入しようとしています

Those two trucks you see at the very end

後方にある２台のトラックに

carry 12 tanks each of compressed helium.

タンク12本分の圧縮ヘリウムが積まれています

Now, in case the weather changes before the launch,

打ち上げの前に天気が変わった場合は

they have to actually pack everything back up into their boxes

全てを箱に戻し

and take it out back to McMurdo Station.

マクマード基地に持ち帰らねばなりません

And this particular balloon,

この特別な気球は

because it has to launch two tons of weight,

２トンの重さの機材を運ぶので

is an extremely huge balloon.

とてつもない大きさになっています

The fabric alone weighs two tons.

布地だけで２トンあります

In order to minimize the weight,

出来る限り軽くするため 布地はサンドイッチの

it's very thin, it's as thin as a sandwich wrapper.

ラップと同じぐらい薄くなっています

And if they have to pack it back,

布地をしまい直すには

they have to put it into boxes

箱に戻して

and stamp on it so that it fits into the box again --

中に収まるよう上から踏まなくてはなりません

except, when they did it first,

最初にそれをした時は

it would have been done in Texas.

テキサスだったので問題ありませんでしたが

Here, they can't do it with the kind shoes they're wearing,

南極では 防寒用の靴を履いていると踏めません

so they have to take their shoes off,

だから 酷寒の中　靴を脱いで

get barefoot into the boxes, in this cold,

裸足で箱に押し込むという

and do that kind of work.

作業を行います

That's the kind of dedication these people have.

南極で働く人たちはそれほど献身的なのです

Here's the balloon being filled up with helium,

気球がヘリウムで膨らんでいるところです

and you can see it's a gorgeous sight.

美しい景色ですね

Here's a scene

この場面では

that shows you the balloon and the payload end-to-end.

気球と積み荷が反対側に見えます

So the balloon is being filled up with helium on the left-hand side,

左側の気球にヘリウムが注入され

and the fabric actually runs all the way to the middle

布地は真ん中まで続いており

where there's a piece of electronics and explosives

そこには電子機器と爆薬が

being connected to a parachute,

パラシュートにつながれていて

and then the parachute is then connected to the payload.

パラシュートが実験器具に結ばれています

And remember, all this wiring is being done

こうした接続は 氷点下の寒さの中

by people in extreme cold, in sub-zero temperatures.

人の手で行われています

They're wearing about 15 kg of clothing and stuff,

15キロほどの重さがある服を着ていますが

but they have to take their gloves off in order to do that.

作業時には手袋を外します

And I would like to share with you a launch.

では 打ち上げの模様を見てみましょう

(Video) Radio: Okay, release the balloon,

（映像）無線：いいぞ 気球を放して

release the balloon, release the balloon.

気球を放して

Anil Ananthaswamy: And I'll finally like to leave you with two images.

アニル： 最後に写真を２枚お見せします

This is an observatory in the Himalayas, in Ladakh in India.

インドのラダックにあるヒマラヤ山中の観測所です

And the thing I want you to look at here

右側を見て下さい

is the telescope on the right-hand side.

望遠鏡があります

And on the far left there

そして左側 遙か向こうにあるのは

is a 400 year-old Buddhist monastery.

400年前に建てられた仏教の修道院です

This is a close-up of the Buddhist monastery.

こちらは修道院を近くで撮った写真です

And I was struck by the juxtaposition

人間が持つ２つの巨大な領域が

of these two enormous disciplines that humanity has.

並んで存在していることに衝撃を受けました

One is exploring the cosmos on the outside,

１つは外界である宇宙を探査し

and the other one is exploring our interior being.

もう１つは 自己の内面を探るものですが

And both require silence of some sort.

どちらも ある種の静けさを必要とします

And what struck me was

私が心打たれたのは

every place that I went to to see these telescopes,

巨大望遠鏡をめぐる旅の中で

the astronomers and cosmologists

天文学者や宇宙学者が常に

are in search of a certain kind of silence,

ある種の静けさを探していたことです

whether it's silence from radio pollution

それは 電波からの静けさであったり

or light pollution or whatever.

光からの静けさであったりします

And it was very obvious

こうした静かな場所を破壊してしまうと

that, if we destroy these silent places on Earth,

宇宙から来る信号を理解することが

we will be stuck on a planet without the ability to look outwards,

出来なくなり 私たちは

because we will not be able to understand the signals that come from outer space.

外の世界を見ることができなくなってしまうでしょう

Thank you.

ありがとう

(Applause)

（拍手）