プラネタリウム
大分前のことになってしまいましたが、つくばエキスポセンターにあるプラネタリウムに行ってきました。プラネタリウムを見るのは初めてで全くの無知で出かけましたが、日頃天体観察をしている河川敷から見る星空と違って、頭上に満点の星空が見れるものと期待していました。しかし、期待していたものと違って、上映が始まって10分間くらいは、その日の星空が映し出され、月,惑星それに恒星(1等星)と季節線などの説明でした。その後は「宇宙のはての むこう側」という番組で、観客の中には子供達もいて、内容を理解するには難しい番組で、映像もさほど綺麗とは思えませんでした。それに、月,惑星それに恒星(1等星)と季節線の説明のためには多くの星があると識別が難しくなり仕方ないのかも知れませんが、その写し出される星空は、以前福島県の浄土平に遠征した時に見た星空よりも劣っていたように思います。どちらかというと河川敷から見る星空とほぼ同じくらいで、ちょっとがっかりでした。
そこで、プラネタリウムに関して調べてみましたので、興味がありましたならばお読み下さい。
プラネタリウム(Planetarium)プラネタリウムは、投影機から発した光をドーム状の天井の内側に設置された曲面スクリーンに映し出すことで星の像やその運動を再現する設備あるいは施設のことで、天象儀(てんしょうぎ)ともいうそうです。プラネと略すこともあり惑星(planet)に由来する言葉だそうですが、惑星だけでなく恒星を含む星空全体とその運動を再現することや、地球上の任意の場所･時代の星空を投影することができるそうです。
プラネタリウムの歴史
惑星運行儀紀元前150~100年頃に製作されたと考えられている「アンティキティラ島の機械」の発見により、天体の運行を再現する装置は紀元前に既に存在していたことが実証されているそうです。近代的な太陽系儀は、1704年に時計師のジョージ･グラハムとトーマス･トンピョンによって作られ、グラハムは自らのパトロンであった第4代オーラリー伯爵の名を取って、この太陽系儀を「オーラリー」と名付けたそうです。しかし、小型のオーラリーは迫力を欠いていたことから、18世紀末には複数の教育者達が、天界を再現する大型の装置を造り、アダム･ウォーカー(1730年~1821年)と彼の息子たちが製作した「Elaborate Machine」は、全高12フィート、27インチ径のもので、垂直に立てられていて球体は巨大で目立ち、その装置は説法に用いられていたそうです。
なお、現存する最古の作動する惑星運行儀は、アイゼ･アイジンガー(1744年~1828年)によって彼の居室(オランダのフラネカー)に、7年の歳月をかけて製作され1781年に完成したものだそうです。
光学式プラネタリウムの開発世界初の近代的なプラネタリウムは、1923年にハイデルベルクのバーデン天文台の主任研究員であったマックス･ヴォルフとドイツ博物館のオスカル･フォン･ミラーが、天体運行の再現による説明を行うためにイェーナのカール･ツァイス社に依頼して、ツァイス社の技師であるヴァルター･バウアースフェルトによって発明されたものだそうです。
この投影機は「ツァイスI型」と名付けられ、北天用の1個の恒星球と惑星棚を備え、約4500個(おおよそ6等星まで)の投影を行うことができたそうです。恒星原板の採用や集光レンズを使用してドーム内に星像を投影するという現在の光学式(レンズ式)プラネタリウムの基本的原理はこの時点でほぼ完成して、この投影機はドイツ博物館に収蔵されているそうです。
プラネタリウムの方式と構造プラネタリウムには、電球の光を使って星像を投影する光学式、ビデオプロジェクターを使ってドーム全面に映像を投影するデジタル式、その両方を取り入れたハイブリッド式に大まかに分類されるそうです。
光学式投影機光学式投影機には、緯度軸を中心に恒星球が北半球用と南半球用とそれぞれ独立して存在する二球式と、北半球用･南半球用の恒星球を合わせて1つの球形(または半球形)とした一球式に大別され、二球式は更に、緯度軸を中心として緯度軸→惑星投影機群(惑星棚と呼ぶ)→恒星球という順で構成されるツァイス型と、緯度軸→恒星球→惑星棚という順で構成されるモリソン型とに区別されるそうです。
近年では、大型の二球式投影機は投影機本体により観客の視野が遮られてしまうことから減少傾向にあるそうです。
ピンホール式投影機球状もしくは多角形の恒星球に、投影する恒星の等級に応じた穴をあけた構造で、光源となる電球のフィラメントの光が回折して星像に悪影響を与えるので光源はできるだけ無指向で点光源に近いもを使用して、恒星球は大きいほどシャープな星像を得られるそうです。
レンズ式投影機恒星球に内蔵された恒星原板と呼ばれる恒星の座標･等級に応じた小穴を開けた薄い金属箔(全天を32分割して、32枚の恒星原板を用意する)に光源の光を通して、その光を更に集光レンズを通して集約して、ドーム内に投影する方式でそうです。ピンホール式に比べて光の経路はより複雑になり、多くのレンズを恒星球に仕込まなければならない関係から、軽量化･小型化･低価格化が難しいものの、ピンホール式よりシャープな星像を容易に得ることができ、恒星原板さえ作成できれば投影する恒星の増加にも対応が可能で、現在プラネタリウム投影機の主流の方式だそうです。
惑星投影機群主投影機に惑星棚を採用する場合は、水星,金星,火星,木星,土星,月および太陽をギアの組合わせで運動を忠実に再現させているそうです。これらの惑星投影機はプラネタリウムという言葉の由来でもあり、最も精密な機構だそうですが、再現できる時間に限りがあり、現在を起点として数千年の範囲が限界だそうです。
惑星投影機群を主投影機から独立させる場合は、各々の投影機をXY制御すれば良いので機構が簡単で、天文計算ができる限りどこまでも運動を再現でき、この機構を応用してドームスクリーン上に太陽を中心とした太陽系の各惑星の軌道を再現する(太陽系を外宇宙から見たような視点から見る)ことが可能な機種もあり、こうした機能を持つ投影機を「宇宙型」として区別する場合もあるそうです。
補助投影機ピンホール式でもレンズ式でも、恒星の明るさは恒星球もしくは恒星原板に開けられた穴の大きさで表すそうです。これは、ドームスクリーンに投影された星像の大きさが恒星によって違うことを意味するそうですが、観客が肉眼で見た時にはその大きさの変化を識別できず、明るさの違いとして錯覚されることを利用しているそうです。しかし、最も暗い恒星の穴の大きさを基準として単純に穴の大きさを計算すると、最も明るい恒星(シリウス)の大きさが月の直径より大きくなるなどの問題が生じるので、これを避けるため、1等星などの明るい恒星については、ブライトスター(輝星)投影機と呼ばれるその恒星専用の投影機を使用しているそうです。この他にも観客に星座や季節の移り変わりなどを分かりやすく解説するために、方角を示す文字や地平線の風景、天の赤道･黄道･子午線などの座標線、星座線、星座絵などを投影するための投影機が使われ、ブライトスター投影機を含めて、これらの投影機を総称して補助投影機というそうです。
デジタル式投影機デジタル式では、ドームの全面または一部を1台または複数のプロジェクターを使って映像を投影する方式だそうです。1台のプロジェクターを使用する場合は魚眼レンズを使うことが多いが、解像度および輝度の点で満足できないことが多いそうです。デジタル式プラネタリウムは、コンピュータグラフィックスなどを使って自由に映像を展開できる点で、プラネタリウム番組の表現力が大幅にアップするメリットがあるそうですが、その反面、恒星の輝き方や宇宙の暗黒部の再現といった部分は現在でも光学式には遠く及ばないそうです。
ハイブリット式投影機光学式投影機とデジタル式投影機を両方設置して、投影する番組の内容に応じてそれぞれの投影機を別々にも同時にも使用可能としたシステムだそうです。
光学式の精密な星像とデジタル式の自在な映像という双方の利点を併せ持ち、より臨場感溢れる番組制作および投影が可能となる反面、複数の投影機が必要となることからイニシャルコストの面ではどうしても割高になってしまう欠点もあるそうです。
投影ドーム投影ドームの形状は、大きく水平式と傾斜式に分けられるそうです。
水平式は、実際に空を見上げたようにドームをかぶせたような形状で、野外で星空を眺める行為により近くそうです。水平式の場合は座席を投影機を中心に同心円状に配置することが多かったが、解説映像を見せながら進行する番組が増えてきたこともあり、特定の方向を向くように並べる方式も採用されている。
傾斜式は、ドームを5~30度ほど傾け、座席を1方向に向けて階段状に配置する方法だそうです。この方式のメリットは、どの座席に座っても比較的プラネタリウムの投影画像が見やすいことと、IMAX(カナダ:IMAX社が開発した動画フィルムの規格)などの全天映像が同時に導入される機会が増えたこととも無関係ではないそうです。このような構造を採用した施設を宇宙劇場(Space Theater)と呼ぶこともあるそうです。 また、体育館のような広い屋内の空間に設置して映写できる移動可能な簡易型のものとしてエアドーム式の投影ドームもあるそうです。 先日見学したつくばエキスポセンターにあるプラネタリウムは、座席が1方向に向いていて階段状に配置された傾斜式でした。
日本のプラネタリウム大平技研(大平貴之)が開発した「スーパーメガスターII(Super MEGASTAR-II)」は、2008年6月のIPS(国際プラネタリウム協会)シカゴ大会で発表され、メガスターシリーズのフラッグシップとして製作されたプラネタリウムで、恒星投影数は2,200万個(13等級まで)に拡大され、開発当時は投影可能な恒星の数が世界一多いプラネタリウム投影機であったそうです。
2013年9月現在、世界で最も投影恒星数の多いプラネタリウムは、五藤光学研究所が製造して、多摩六都科学館に設置され2012年7月から展示を開始している「CHIRONⅡ(ケイロンツー)」だそうです。その数は、1億4000万個(18等級まで)にもなり、2012年10月に「世界で最も先進的なプラネタリウム」としてギネスに認定されたそうです。
※大平貴之(Takayuki Ohira)
日本大学生産工学部機械工学科卒業。同大学院理工学研究科精密機械工学専攻修了。 大学在学時の1991年にレンズ投影式プラネタリウム「アストロライナー」を完成。その後ソニーに就職。しかし、プラネタリウム製作への熱はやまず仕事の傍ら製作を続け、1998年に当時世界最高の170万個の恒星を投影できる移動式プラネタリウム「メガスター」を完成。2003年退社して有限会社大平技研代表取締役に就任。
出典･参考サイトウィキペディア:http://ja.wikipedia.org/wiki/
つくばエキスポセンター:http://www.expocenter.or.jp/
MEGASTAR:http://www.megastar.jp/
五藤光学研究所:http://www.goto.co.jp/
他
