Astronomical observatory - Tenmondai (English spelling)

Japanese: 天文台 - てんもんだい（英語表記）astronomical observatory

A facility equipped with equipment for observing celestial bodies. In the past, small facilities for observing the positions of stars were also called observatories, and even today, facilities with small telescopes and domes built by amateur astronomy enthusiasts or at schools are often called observatories. However, an observatory usually refers to a facility staffed by many astronomers and engineers that uses astronomical observation equipment to constantly and systematically observe and study celestial phenomena and to explain them theoretically. For this reason, observatories are equipped with meridian instruments and meridian circles for observing the positions and movements of the stars and the Earth, large-diameter telescopes for examining the light of the stars, and computers for organizing data and making theoretical calculations. In addition, observatories often have auxiliary equipment to make research more effective, such as photoelectric devices and other light-receiving devices, as well as books and materials including star charts and star catalogs.

[Shuzo Isobe May 19, 2015]

Types of Observatories

Based on their origins and affiliations, astronomical observatories can be broadly divided into three categories: central observatories with national roles, university-affiliated observatories, and observatories established by foundations or individuals.

Astronomy is one of the oldest academic disciplines, and its purpose was to know the seasons by studying and clarifying the movements of celestial bodies (the sun, moon, and planets). The creation of calendars was important for rulers of each country and era to govern their nations. This role of astronomy has continued unchanged since the early modern period, and calendars are created at observatories in each country. Since Columbus discovered the Americas in 1492, European countries began to sail around the world, and at the same time, it became necessary to accurately determine the positions of the stars and the time for safe voyages. The first modern observatory built for this purpose was the Copenhagen Observatory in Denmark in 1637. This was followed by the Paris Observatory in France and the Greenwich Observatory in the UK, and in the 19th century, the US Naval Observatory and the Tokyo Astronomical Observatory (now the National Astronomical Observatory) were built. All of these observatories were responsible for compiling calendars for each country, and they had the character of central observatories.

With the discovery of the "Law of Universal Gravitation" by Newton in 1687, the motion of celestial bodies could be mechanically verified, and celestial phenomena became the subject of scientific research. Good examples include the discovery of the return of Comet Harry by Harry at the Greenwich Observatory (1705) and the prediction of Neptune by Le Verrier at the Paris Observatory (1846). Furthermore, stellar research began with the observation of the solar spectrum by Fraunhofer in 1815 and the stellar spectrum observation by Secchi in 1867. Such research observations are often carried out at observatories attached to universities. Observatories with this characteristic include the Harvard University Observatory in the United States, the Cambridge Observatory in the United Kingdom, the Heidelberg Observatory in Germany, and the Kazan Observatory at Kyoto University in Japan.

From the end of the 19th century to the beginning of the 20th century, a number of observatories were established in the United States with donations from individuals and foundations. Examples include Lick Observatory, Yerkes Observatory, McDonald Observatory, and Hale Observatory. However, as astronomy progressed, observatories grew in size to the point where it became difficult to operate them with donations from a single individual, and today many of them have transitioned to university-affiliated or national observatories.

As astronomy becomes more diverse, the characteristics of each observatory are no longer fixed, but observatories can still be classified based on the research they conduct.

Observatories such as the Paris Observatory and the National Astronomical Observatory of Japan conduct observational research in a fairly wide range of fields, but there are also observatories that focus on a narrower area of research. The compilation of almanacs is concentrated at the U.S. Naval Observatory and the Navigation and Geodesy Division of the Hydrographic Department of the Japan Coast Guard, while research into the movement of the Earth is centered at the Cagliari Observatory in Italy and the Mizusawa VLBI Observatory of the National Astronomical Observatory in Oshu, Iwate Prefecture. Observations in wavelengths other than light, which began with radio wave observations by Jansky in the United States in 1930, have progressed rapidly since 1960, and observatories focusing on radio wave observations have been established. These include Jodrell Bank Observatory in the UK, the National Radio Astronomical Observatory in Green Bank in the United States, and the Nobeyama Solar and Cosmic Radio Observatory of the National Astronomical Observatory of Japan (now the Nobeyama Radio Observatory). There is also the Wyoming Observatory in the United States, which focuses on infrared observations. Observations in other wavelength ranges can only be made outside the atmosphere, but these are made by launching artificial satellites, rockets, and balloons to observe with gamma rays, X-rays, ultraviolet rays, and far-infrared rays, and sending the data to the ground. For X-rays, there are the Einstein satellite, launched mainly by the Harvard University Observatory, and the Tenma satellite, launched by Japan's Institute of Space and Astronautical Science (now the Japan Aerospace Exploration Agency), while for ultraviolet and infrared rays, there are the International Ultraviolet Astronomical Satellite and the Infrared Astronomical Satellite (IRAS), launched by the National Aeronautics and Space Administration.

In conventional astronomy, except for meteorites that fall to the earth, we could only obtain information from electromagnetic waves coming from each celestial body. However, with the development of space probes that fly through interplanetary space, such as Mariner and Pioneer, it has become possible to go to the site of each celestial body and observe it. These probes can also be considered a kind of astronomical observatory.

As we have seen, as astronomy has become more diverse, the types of observatories (sometimes called research institutes) have also become more diverse, and they now include research institutes in fields at the interface between astronomy and physics, geophysics, chemistry, etc.

[Shuzo Isobe May 19, 2015]

History of the Observatory

Astronomy has a very long history, and from early on it was considered philosophically as a question of the universe (world view) and the nature of the world we live in. On the other hand, it also began as celestial observation, especially among nomadic and agricultural peoples, to distinguish between day and night and to know the seasons. In the early days, simple devices were devised to determine the direction and angle of celestial bodies. Stonehenge in England is an archaeological site where megaliths are lined up to determine the direction of the sun. Observatories were built in Egypt and China at a fairly early date, and the sun, moon, planets, and constellations were observed. The Tower of Babel in Mesopotamia was one such observatory.

Even in ancient times, astronomical observations were performed with a high degree of accuracy, and solar and lunar eclipses were predicted. This type of astronomy was introduced to ancient Greece, where a view of the universe similar to that of Socrates and Plato was formed. The person who was most active in astronomical observations during the Greek period was Hipparchus. He built an observatory on the island of Rhodes in the Aegean Sea around the 2nd century BC, and made precise observations of the positions of celestial bodies. He created a catalog of the positions of the fixed stars, and discovered the precession of the fixed stars caused by the wobbling motion of the Earth's axis of rotation. This catalog was also useful for Harry's later discovery of the proper motion of the fixed stars.

During the Han dynasty in China, a device for observing the positions of celestial bodies called a celestial sphere was created, and new calendar systems were invented one after another. Hülegü Khan (c. 1218-1265), the grandson of Genghis Khan of the Yuan dynasty who conquered Central Asia from China, built an observatory in Maragheh in Central Asia and conducted observations there. Kublai Khan also built an observatory in Beijing in 1280 with observation equipment superior to that in Europe at the time, and its observation results had a major impact on European astronomy after the Renaissance.

Chinese influence also appeared on the Korean peninsula and Japan. Cheomseongdae, the oldest surviving observatory in the East, was built in Gyeongju on the Korean peninsula, and in 553 (the 14th year of Emperor Kinmei's reign), a calendar scholar from Baekje came to Japan and introduced the Chinese calendar system. From then until the end of the 19th century, the most important role of Japanese astronomy was to create calendars, and the Tsuchimikado family established an observatory called Shitendai to carry out observations. During the Edo period, the shogunate established an observatory in 1684 (the 1st year of the Jōkyō era), which expanded over time to a staff of over 60 people. Each feudal domain also had its own observatory, and the Satsuma domain's astronomical hall remains as a place name to this day. All observatories were equipped with armillary spheres and meridian instruments, and they made efforts to create more accurate calendars.

Europe was also a major center of calendar creation. The Julian and Gregorian calendars were established through the accumulation of lunar observational data over many years. However, little empirical observational research was conducted, and the country was stuck in rigid religious beliefs and dominated by the geocentric theory for a long time. In the early modern period and the Renaissance, new trends entered astronomy, and Copernicus' heliocentric theory emerged. This is closely related to the fact that in the 15th century, Spain, the Netherlands, England, France and other countries began to sail around the world, and astronomical observations necessary for creating nautical calendars progressed.

Tycho Brahe of Denmark was an active astronomical observer at this time. In 1576, he received an observatory from the royal family on Behn Island, where he continued to observe the moon, planets, and stars, and created a celestial globe, sextant, and wall quadrant to enable more accurate observations. These devices were the best instruments until the invention of the telescope by Hans Lippershey (1570-1619) in 1608. Tycho Brahe's vast observational data led to the discovery of Kepler's three laws by his student Kepler.

[Shuzo Isobe May 19, 2015]

Astronomical observatories around the world and their functions

As astronomy developed, the types of observations made by observatories became more diverse. In 1609, Galileo aimed his telescope at the sky for the first time and discovered many facts, including sunspots, craters on the moon, and the moons of Jupiter. These discoveries marked a step away from astronomy, which had previously only observed the positions of celestial bodies, towards a completely new form of astronomy. Observatories equipped with telescopes were built one after another: the Copenhagen Observatory in 1637, the Danzig Observatory in Poland in 1650, the Paris Observatory in 1667, the Lund Observatory in Sweden in 1670, and the Greenwich Observatory in 1675.

The first director of the Paris Observatory was the Italian Cassini, who discovered the four moons of Saturn and the "Cassini Division" in Saturn's rings. The Greenwich Observatory was established by order of King Charles II of the United Kingdom, and its first director was Flamsteed. Although it had only a few staff members, it completed the Flamsteed Star Chart, laying the foundation for precise observation of the positions of celestial bodies. It mainly carried out observations using meridian instruments and meridian circles, but the vast amount of data it produced later led to Greenwich becoming the world's standard for the meridian. Both the Paris and Greenwich Observatories were located in large cities, and the city lights gradually made them unsuitable for observation. The Paris Observatory established an observatory in Meudon, a suburb of Paris, towards the end of the 19th century, and the Greenwich Observatory moved to Herstmont-ceau in Sussex around 1950. Both observatories were expanded to accommodate a variety of astronomy needs, including 100-centimeter telescopes as well as geostationary telescopes, but in 1997 Greenwich was closed and observations continued in the Spanish Canary Islands, where the telescopes and other equipment were moved.

Telescopes are used for astronomical observations because they can not only collect a lot of light, but also provide good angular resolution. However, the Earth has an atmosphere, and because of this turbulence, the image of a star spreads out to about 1 arc second. Since the angular resolution is about 1 arc second with an aperture of about 10 centimeters, a telescope of about 20 centimeters at most is suitable for positional observations, and each observatory is equipped with one.

On the other hand, a telescope with a larger aperture is needed to observe fainter celestial bodies. In the 18th century, when it was technically difficult to make large lenses, a telescope was devised that used a silver-plated metal surface instead of lenses. In 1789, F. W. Herschel built a 122-centimeter telescope and observed faint nebulae. However, silver-plated metal mirrors rust easily and are difficult to handle, so there was no further development.

In the second half of the 19th century, it became possible to produce large lenses, and observatories around the world competed to build large-diameter refracting telescopes. In 1873, the U.S. Naval Observatory built a 65-cm refracting telescope, followed by the Vienna Observatory in Austria, which built a 67-cm telescope in 1880, the Pulkovo Observatory in Russia, which built a 76-cm telescope in 1885, the Nice Observatory in France, which built a 74-cm telescope in 1886, the Lick Observatory in the U.S., which built a 90-cm telescope in 1888, and the Yerkes Observatory in the U.S., which built a 101-cm refracting telescope in 1897. These telescopes all aimed to be the world's largest at the time of their completion.

The Vienna Observatory was built between 1874 and 1880 by the landlocked country of Austria, not for the needs of navigation like other countries, but to demonstrate the power of the empire. As a result, the observatory was not fully utilized, but around 1970 a 150-centimeter reflecting telescope was built in Schaufl, on the outskirts of Vienna, and it has been conducting steady observations ever since.

Pulkovo Observatory is the oldest astronomical observatory in Russia, founded in 1839 on the outskirts of St. Petersburg. Its 76-cm refracting telescope was destroyed during World War II, but it still houses a 65-cm Maksutov camera. Pulkovo's atmospheric refraction tables are still used today to correct positional observations.

The Nice Observatory was built with a donation from the Parisian banker Raphaël Bischoffsheim (1823-1906) and was used to observe double stars. It later became attached to the Paris Observatory, and in the 1960s it became the Observatory of the University of Nice. It is now equipped with a large computer and is one of the largest observatories in France.

American observatories were not very active until the mid-19th century. At the end of the century, Lick Observatory and Yerkes Observatory were built with donations from wealthy Americans, who were emerging nations. In 1939, McDonald Observatory in Texas was equipped with a 208 cm reflector telescope, in 1959 a 305 cm reflector telescope was completed at Lick Observatory, and in 1968 a 270 cm reflector telescope was completed at McDonald Observatory. Lick Observatory subsequently became an observatory affiliated with the University of California, and McDonald Observatory became an observatory affiliated with the University of Texas.

The invention of photography in 1839 had a major impact on astronomy. By lengthening the exposure time of a photograph, it became possible to accumulate light and store data. Draper, who had worked at the Harvard University Observatory, was the first to apply photography to astronomical observation in 1840. The application of photography to astronomical observation began with photographing the moon, and expanded to photographs of the Orion Nebula, stellar spectra, and more.

Founded in 1839, Harvard College Observatory is the oldest astronomical observatory in the United States. The spectral catalog of over 200,000 stars completed during the tenure of Director Pickering was of great help in the creation of the Hertzsprung-Russell Diagram (HR Diagram), which clarified the properties of stars, and is still used today as a basic catalog for spectral classification.

The light that enters a telescope does not come only from one star. The light from many stars enters at the same time. Efforts were made to capture more stars in a single photograph, and in 1930, B. V. Schmidt of the Hamburg Observatory in Germany completed the Schmidt camera, which could simultaneously capture an area of 6 degrees square by placing a special corrective lens in front of the reflector.

The Hamburg Observatory in Bengedorf, a suburb of Hamburg, was founded in 1914 and is equipped with a 80-centimeter Schmidt camera among other telescopes. The Karl Schwarzschild Observatory in Germany has a universal 200-centimeter telescope, which, when used with corrective lenses, is the world's largest Schmidt camera.

The expansion of the telescope aperture continued. In 1917, a 257-centimeter reflecting telescope was built at the Mount Wilson Observatory in the United States. Unlike telescopes that use lenses, this telescope has aluminium deposited on the glass surface. It was at this observatory that Hubble discovered "Hubble's Law," which states that the more distant a galaxy is, the faster it travels away. In 1948, thanks to the efforts of Hale and a donation from the Carnegie Foundation, a 508-centimeter telescope was built at Mount Palomar Observatory (the two were collectively called the Hale Observatory. They are now separate organizations). In the former Soviet Union, a 600-centimeter reflecting telescope was completed in Zelenchukskaya near the Crimean Observatory in 1976. This telescope is a zonometric telescope, not an equatorial telescope.

In Japan, there was the Tokyo Astronomical Observatory attached to the University of Tokyo, the Kwasan Astronomical Observatory attached to the Faculty of Science of Kyoto University, and the Latitude Observatory, but in 1988, the Tokyo Astronomical Observatory separated from the University of Tokyo and, together with the Latitude Observatory, became national astronomical observatories directly under the Ministry of Education.

The National Astronomical Observatory was founded in 1878 (Meiji 11) and belonged to the University of Tokyo. It was called the University of Science Observatory, but in 1888 it moved to Azabu and became known as the Tokyo Astronomical Observatory. During the Taisho era, it moved to Mitaka City to avoid the lights of Tokyo city. In 1988 it became the National Astronomical Observatory of Japan, an Inter-University Research Institute, and in 2004 it became the National Astronomical Observatory of Japan, an Inter-University Research Institute Corporation of the National Institutes of Natural Sciences. It conducts a wide range of astronomical observational research, from measuring time to observing galaxies. In addition to the Norikura Corona Observatory, which was established as a branch office in 1949 (Showa 24), Okayama Astrophysical Observatory in 1960, Dodaira Observatory in 1962, Nobeyama Solar Radio Observatory in 1969 (closed in 2015), and Kiso Observatory in 1974, Nobeyama Space Radio Observatory was completed in 1981 and is equipped with a 45-meter telescope, the largest in the world for millimeter waves. Of these facilities, only Kiso Observatory remains as a University of Tokyo facility, and the rest have been transferred to the National Astronomical Observatory. Dodaira Observatory closed in March 2000 (Heisei 12) due to the deterioration of the observation environment, and Norikura Corona Observatory was also closed in 2010, entrusting research to the solar observation satellite "Hinode."

Kyoto University has two astronomical observatories, the Kwasan Observatory and the Hida Observatory, which is equipped with a 65-cm refracting telescope, a 60-cm reflecting telescope, and a domeless solar telescope with the world's most advanced performance.

The Latitude Observatory is located in Oshu, Iwate Prefecture, and became the Mizusawa Observatory of the National Astronomical Observatory in 1988. It was established in 1899 for the international latitude observation project spanning the globe, and was a center that collected, organized, and calculated data from latitude observations at six locations around the world. The VERA Observatory was established in 1999 to promote the VERA project, which aims to create a map of the galaxy using VLBI (Very Long Baseline Interferometry). The Latitude Observatory and VERA Observatory were merged in 2006, and became the Mizusawa VLBI Observatory in 2009.

[Shuzo Isobe and Ryoko Miyauchi, May 19, 2015]

The observatory of the future

The functions of astronomical observatories have become more diverse over time. In terms of positional observations, apart from the ancient armillary sphere and quadrant, they are moving beyond meridian instruments and meridian circles. An artificial satellite (Hipparchos) determines the positions of 200,000 stars in the entire sky with an accuracy of 0.001 seconds. They also use very long baseline radio interferometers to determine the motion of the Earth to within a centimeter.

In order to clarify the properties of stars and galaxies, observations are conducted in a wide range of wavelengths, from visible light to radio waves and gamma rays. Visible observation equipment has become larger and observation systems have become more international. Kitt Peak National Observatory, established in 1968, is an American university-affiliated observatory equipped with a 400 cm reflecting telescope, and in 1984 it developed into a larger organization called the National Optical Astronomy Observatory. In Chile, South America, there are the Cerro Tololo Observatory, also an American university-affiliated observatory, the La Silla Observatory of the European Southern Observatory (ESO), established by European countries, and the Las Campanas Observatory established by the Carnegie Foundation, which have 400 cm, 360 cm, and 254 cm reflecting telescopes, respectively. On Mauna Kea in Hawaii, there is the University of Hawaii's 223 cm infrared telescope, the UK's 390 cm infrared telescope, the NASA's 320 cm infrared telescope, and the 358 cm reflecting telescope jointly operated by France, Canada, and Hawaii. In La Palma, in the Spanish Canary Islands, the British 254 cm reflector telescope has been in operation since 1983, and the 420 cm abrupt reflector telescope has been in operation since 1987. In Cala Alto, Spain, there is a 350 cm reflector telescope of the Max Planck Institute of Germany. Since 1990, the number of observatories with large-diameter telescopes has increased.

All of these observatories are built on high mountains where the weather conditions are good and the stellar images are not enlarged by atmospheric turbulence, so that the large-diameter telescopes can function effectively. In order to obtain light of better quality in the visible range, the Space Telescope (Hubble Space Telescope), a 240-centimeter reflecting telescope, was launched on the Space Shuttle in 1990, and has been obtaining high-precision images one after another.

In the 1990s, in search of better observation conditions on the ground, two 10-meter Keck Telescopes, each consisting of 36 segments, were completed on Mauna Kea in Hawaii, along with the 8.2-meter monolithic Subaru Telescope and the 8.1-meter monolithic Gemini North Telescope. In the Southern Hemisphere, four 8.2-meter monolithic VLT (Very Large Telescopes) and the 8.1-meter Gemini South had begun observations by 2001 in Chile. In 2007, the 10.4-meter 36-segment GTC (Gran Telescopio Canarias) was completed in La Palma in the Canary Islands. In the 2000s, large optical and infrared telescopes with a diameter of 10 meters or more were used to study the structure of celestial bodies in more detail, while small and medium-sized telescopes came to be used for sky surveys to steadily increase the amount of data and for observing long-term changes in celestial bodies over time, resulting in a division of roles and specialization.

[Shuzo Isobe and Ryoko Miyauchi, May 19, 2015]

"Astronomical Observatories of the World" by Shuzo Isobe (1983, Kawade Shobo Shinsha)" ▽ "A History of Astronomy" by Isaac Asimov, translated by Ohara Takahiro (1990, Fukutake Shoten)" ▽ "A History of the Development of Telescopes, Volumes 1 and 2, by Yoshida Shotaro (1994, Seibundo Shinkosha)" ▽ "The Forgotten Observatories" by Shoji Ikuzo (1995, Kindai Bungeisha)" ▽ "SUBARU - The Great Universe as Seen by Subaru" by Numazawa Shigemi (1999, Jinrui Bunkasha, Oto Shobo Publishing)" ▽ "Let's Go to the Observatories" by Kozai Yoshihide (2005, Iwanami Shoten)" ▽ "Visual Astronomy: A Gaze into Space - A Collection of Celestial Images from the Subaru Telescope," edited by the National Astronomical Observatory of Japan (2009, Maruzen Publishing)"

Tokyo Astronomical Observatory
Photo from when it was located in Iikura-cho, Azabu-ku (now Azabudai, Minato-ku, Tokyo). The observation dome was also made of wood. © National Astronomical Observatory of Japan

Tokyo Astronomical Observatory

Latitude Observatory
The observatory in Mizusawa City, Iwate Prefecture (now Oshu City), is lined with a number of observation rooms. The photo shows the premises in 1959 (Showa 34) © National Astronomical Observatory of Japan ">

Latitude Observatory

National Astronomical Observatory
Mitaka Campus. The headquarters of the National Astronomical Observatory and a base for astronomy research. In the center of the photo are the Central Building and other research buildings, and in the surrounding area are the First Equatorial Observatory Room and the Great Equatorial Observatory Room (Observatory History Museum). Mitaka City, Tokyo ©National Astronomical Observatory ">

National Astronomical Observatory

Okayama Astrophysical Observatory
It is located on the summit of Mount Chikurinji in the southwest of Okayama Prefecture. It was opened in 1960 as an affiliated facility of the Tokyo Astronomical Observatory of the University of Tokyo. Kamogatacho, Asakuchi City, Okayama Prefecture ©National Astronomical Observatory of Japan ">

Okayama Astrophysical Observatory

Nobeyama Radio Observatory
Opened in 1978 (Showa 53). Used jointly by researchers from Japan and abroad, it has become an international base for radio astronomy. The 45m radio telescope is on the right of the photo. Six millimeter wave interferometers can be seen to the left of the center. Minamimaki Village, Minamisaku District, Nagano Prefecture ©National Astronomical Observatory of Japan ">

Nobeyama Radio Observatory

Kitt Peak National Observatory
A facility of the National Optical Astronomy Observatory located on Kitt Peak Mountain in Arizona, southwestern United States. The 400 cm reflector telescope dome is on the left, and the solar observation tower, characterized by its slanted structure, can be seen in the background to the right. Southwest of Tucson, USA ©P.Marenfeld/NOAO/AURA/NSF and E.Acosta/LSST/AURA/NSF ">

Kitt Peak National Observatory

Cerro Tololo Astronomical Observatory
A facility of the National Optical Astronomy Observatory of the United States, located in the summit area of Cerro Tololo in central Chile. The large building in the center of the photo is the 400 cm reflector telescope dome. Southeast of La Serena, Chile ©NOAO/AURA/NSF ">

Cerro Tololo Astronomical Observatory

Rashid Observatory
It was opened by the European Southern Observatory (ESO) in 1966. It is located on Mount La Silla at an altitude of 2,400m in northern Chile. The 3.6m telescope dome is in the background on the left. Northeast of La Serena, Chile ©ESO ">

Rashid Observatory

Paranal Observatory
The European Southern Observatory (ESO) facility is located on Mount Paranal at an altitude of 2,600 m in northern Chile. The four large buildings are the domes of the Very Large Telescope (VLT), 8.2 m in diameter. South of Antofagasta, Chile. © J.L.Dauvergne & G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO ">

Paranal Observatory

Mauna Kea Observatories
A total of 13 telescopes have been installed by 11 countries on the summit of Mauna Kea, where the air is dry and the weather is often clear, making for good observation conditions. The two domes on the right center of the photo are the Keck Telescope of the California Institute of Technology. To the right of them is the dome of Japan's Subaru Telescope. Hawaii, Hawaii, USA ©National Astronomical Observatory of Japan">

Mauna Kea Observatories

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

天体を観測する装置をもっている施設をいう。かつては星の位置を観測するための小規模な施設も天文台とよび、今日でもアマチュア天文愛好者が個人的につくったり、学校などにつくられる小さな望遠鏡とドームのある施設を天文台とよぶことも多い。しかし、通常、天文台といえば、多数の天文学者や技術者がおり、天体観測装置を使って天体現象を常時、組織的に観測研究し、理論的に解明していく施設をさす。そのため星や地球の位置や動きを観測する子午儀(しごぎ)や子午環(しごかん)、星の光を調べるための大口径望遠鏡などが装置され、データの整理や理論的な計算のためのコンピュータが置かれている。さらに研究をより有効に行うための付属設備として、写真装置・光電装置などの受光装置、星図・星表などを含む図書や資料を備えている場合が多い。

［磯部琇三　2015年5月19日］

天文台の種類

天文台は、成り立ちや所属の点から、国家的な役割をもつ中央天文台、大学附属の天文台、財団または個人設立の天文台の三つに大きく分けられる。

　天文学はもっとも古くから行われた学問の一つであり、その目的は天体（太陽・月・惑星）の運行を調べ、明らかにすることによって季節を知ることであった。暦の作成は、各国・各時代の為政者にとっては国家を統治していくうえで重要であった。こうした天文学の役割は近世以降も変わらず続いており、各国の天文台で暦が作成されている。1492年にコロンブスがアメリカ大陸を発見して以来、ヨーロッパ各国は世界に航海するようになり、それとともに安全な航海のために星の位置や時刻を精確に定める必要が生じた。こうした目的で建てられた最初の近代的な天文台は1637年のデンマークのコペンハーゲン天文台であった。以後、フランスのパリ天文台、イギリスのグリニジ天文台などが続き、19世紀にはアメリカ海軍天文台や東京天文台（現、国立天文台）が建てられた。これらの天文台はいずれも各国の暦編纂(へんさん)の仕事を担っており、中央天文台的な性格をもつ。

　1687年のニュートンによる「万有引力の法則」の発見により、天体の運行が力学的に実証できるようになり、天体現象は科学的な研究の対象となった。グリニジ天文台のハリーによるハリー彗星(すいせい)の回帰の発見（1705）や、パリ天文台のルベリエによる海王星の予知（1846）などがその好例である。さらに1815年のフラウンホーファーによる太陽スペクトルの観測や、1867年のセッキによる星のスペクトル観測によって恒星の研究が始まった。このような研究的な観測は大学附属の天文台で行われることが多い。アメリカのハーバード大学天文台、イギリスのケンブリッジ天文台、ドイツのハイデルベルク天文台、日本の京都大学の花山(かざん)天文台などはそうした性格をもつ天文台である。

　19世紀末から20世紀初めにかけて、アメリカで相次いで個人や財団の寄付による天文台が生まれた。リック天文台、ヤーキス天文台、マクドナルド天文台、ヘール天文台などがその例である。しかし天文学の進展につれて、一個人だけの寄付のみで天文台を運営することが困難なほど規模が拡大し、今日では大学附属や国立の天文台に移行している場合が多い。

　天文学の多様化に伴い、各天文台の性格も固定的でなくなってはいるが、その研究内容から天文台を分類することもできる。

　パリ天文台や日本の国立天文台などはかなり広範囲な分野の観測研究を行っているが、その一方で、研究内容を絞った天文台もある。暦の編纂はアメリカ海軍天文台や日本の海上保安庁水路部航法測地課で集中的に行われ、地球の運動の研究はイタリアのカリアリ天文台や岩手県奥州(おうしゅう)市の国立天文台水沢VLBI観測所などが中心である。また1930年にアメリカのジャンスキーによる電波観測によって始まった光以外の波長域での観測が1960年以降急速に進み、電波観測を中心とする天文台が誕生した。イギリスのジョドレルバンク天文台やアメリカのグリーンバンクの国立電波天文台、日本の国立天文台野辺山(のべやま)太陽・宇宙電波観測所（現、野辺山宇宙電波観測所）などがそれである。赤外線観測を中心とするアメリカのワイオミング天文台もある。その他の波長域観測は大気圏外に出なければできないが、人工衛星やロケット、気球を打ち上げてγ(ガンマ)線、X線、紫外線、遠赤外線で観測し、それらのデータを地上に送る方法で観測される。X線では、ハーバード大学天文台が中心になって打ち上げたアインシュタイン衛星、日本の宇宙科学研究所（現、宇宙航空研究開発機構）が打ち上げた「てんま」衛星などがあり、紫外線・赤外線では、アメリカ航空宇宙局による国際紫外線天文衛星、赤外線天文衛星（IRAS）がある。

　従来の天文学では、地上に落下する隕石(いんせき)を除けば、それぞれの天体からくる電磁波の情報しか得ることができなかった。しかし、マリナーやパイオニアなどの惑星間空間を飛ぶ探査機の開発により、それぞれの天体の現場に行って観測できるようになった。こうした探査機も一種の天文台といえるであろう。

　以上にみてきたように、天文学の多様化に伴って天文台（研究所とよぶ場合もある）の種類も多様化しており、天文学と物理学、地球物理学、化学などとの境界の分野の研究所も含まれるようになってきている。

［磯部琇三　2015年5月19日］

天文台の歴史

非常に古い歴史を有する天文学は、早くから、一方では自分たちが住む世界がどうなっているかという宇宙観（世界観）の問題として哲学的に考察されていたが、他方では昼夜の区別や季節を知るため、とくに遊牧民族や農耕民族の間で天体観測として始まった。初期には天体の方向や角度を決める簡単な装置が考えられた。イギリスのストーンヘンジは太陽の方向を知るために巨石を並べた遺跡である。エジプトや中国ではかなり早い時期に天文台が設けられ、太陽・月・惑星、星座の観測が行われた。メソポタミアのバベルの塔もそうした天文台の一つであった。

　古代の天文観測といえどもかなり高い精度で行われており、日月食の予報なども行われた。このような天文学が古代ギリシアに伝えられ、ソクラテスやプラトンのような宇宙観がつくられた。ギリシア時代にもっとも精力的に天体観測に取り組んだのはヒッパルコスである。彼は紀元前2世紀ごろにエーゲ海のロードス島に天文台をつくり、天体位置の精確な観測を行い、恒星の位置カタログをつくって地球自転軸の首振り運動による恒星の歳差運動を発見した。またそのカタログは後のハリーによる恒星の固有運動の発見にも役だった。

　中国では漢の時代に渾天儀(こんてんぎ)という天体の位置観測の装置がつくられ、次々と新しい暦法が考案された。中国から中央アジアを征服した元(げん)のチンギス・ハンの孫、フラグ・ハンHülegü Khan（1218ころ―1265）は中央アジアのマラゲに天文台をつくり観測させた。またフビライ・ハンが1280年につくった北京(ペキン)の天文台の観測装置は当時のヨーロッパのものより優れており、その観測結果はルネサンス以降のヨーロッパの天文学に大きな影響を与えた。

　中国の影響は朝鮮半島、日本にも現れた。朝鮮半島の慶州には、天文台跡が現存するものとしては東洋最古の瞻星台(せんせいだい)がつくられ、日本には553年（欽明天皇14）に百済(くだら)の暦博士が渡来して中国の暦法を伝えた。以後、19世紀末まで日本の天文学は暦の作成がもっとも重要な役割で、土御門(つちみかど)家が司天台(してんだい)という天文台を設けて観測を行った。江戸時代、1684年（貞享1）に幕府が天文台を設置し、時とともに拡張されて台員が60名を超す規模になった。各藩でも天文台をもつものがあり、薩摩(さつま)藩の天文館は今日も地名として残っている。いずれの天文台も渾天儀、子午儀を備え、より正しい暦をつくる努力を払った。

　ヨーロッパでも暦の作成が中心的に行われた。ユリウス暦やグレゴリオ暦の制定は、長年月の観測データの蓄積によってなしえたものである。しかし、実証的な観測研究はあまり行われず、固定した宗教思想にとらわれ、地球中心的な天動説に長い間支配された。近世、ルネサンスの時代を迎え、天文学にも新しい流れが加わり、コペルニクスの地動説が現れた。このことは、15世紀にスペイン、オランダ、イギリス、フランスなどが世界中を航海するようになり、航海暦作成に必要な天体観測が進められたことと深くかかわっている。

　このころ精力的に天体観測をしたのはデンマークのティコ・ブラーエである。彼は1576年に王室からベーン島に天文台を建ててもらい、月・惑星・恒星の観測を続け、より精度の高い観測を行うために、天球儀や六分儀、壁面四分儀などを作製した。それらの装置は、1608年にリッペルスハイHans Lippershey（1570―1619）によって望遠鏡が発明されるまでは最高の器械であった。ティコ・ブラーエの膨大な観測データが、弟子のケプラーによる「ケプラーの三法則」の発見へとつながった。

［磯部琇三　2015年5月19日］

世界の天文台とその機能

天文学の発展に伴い、天文台が行う観測の内容は多様化する。ガリレイは1609年に初めて望遠鏡を天空に向け、太陽の黒点、月のクレーター、木星の衛星など多くの事実を発見した。これらの発見は、それまでの天体の位置を観測するだけの天文学から、まったく新しい天文学への一歩をしるすものであった。そして1637年のコペンハーゲン天文台、1650年ポーランドのダンツィヒ天文台、1667年パリ天文台、1670年スウェーデンのルンド天文台、1675年グリニジ天文台と、相次いで望遠鏡を備えた天文台が建てられた。

　パリ天文台の初代台長はイタリア人のカッシーニで、彼は土星の四つの衛星や土星の環(わ)にある「カッシーニの空隙(くうげき)」を発見した。グリニジ天文台はイギリス王チャールズ2世の命でつくられ、初代台長はフラムスティードである。わずか数名の台員しかいなかったが、フラムスティード星図を完成して天体の精密位置観測の基礎をつくった。子午儀、子午環による観測が中心であったが、その膨大なデータがのちにグリニジが世界の子午線の基準となる要因となった。パリ、グリニジ両天文台とも大都市の中にあって、しだいに街の光のために観測に適さなくなった。パリ天文台は19世紀終わりごろにパリ郊外ムードンに天文台を設立、グリニジ天文台も1950年前後にサセックスのハーストモンソーに移転した。両天文台とも多様な天文学に対応するために拡張され、位置観測用の望遠鏡ばかりでなく、口径100センチメートル級の望遠鏡を備えるようになった。しかし1997年グリニジ天文台は閉鎖され、望遠鏡などが移されたスペイン領カナリア諸島で観測活動が続けられるようになった。

　天体観測に望遠鏡を使うのは、光がたくさん集められるばかりでなく、角分解能のよい観測ができるためである。しかし地球には大気があり、その揺らぎのために、星像は1秒角程度に広がる。角分解能が、口径10センチメートル程度で1秒角程度であるので、位置観測にはせいぜい20センチメートルぐらいの望遠鏡が適しており、各天文台に備えてある。

　一方、より暗い天体の観測のためには、より口径の大きい望遠鏡が必要である。大型のレンズ製作が技術的に困難であった18世紀に、レンズにかえて金属の表面に銀めっきした望遠鏡が考案された。1789年F・W・ハーシェルは口径122センチメートルのものをつくり、暗い星雲の観測を行った。しかし銀めっきの金属鏡はさびやすく扱いにくいため、その後発展しなかった。

　19世紀後半に大型レンズが製作できるようになり、各国の天文台は競って大口径の屈折望遠鏡をつくるようになった。1873年アメリカ海軍天文台が65センチメートル屈折望遠鏡をつくったのをはじめ、1880年オーストリアのウィーン天文台が67センチメートル、1885年ロシアのプルコボ天文台が76センチメートル、1886年フランスのニース天文台が74センチメートル、1888年アメリカのリック天文台が90センチメートル、1897年アメリカのヤーキス天文台が101センチメートルの屈折望遠鏡をそれぞれ完成させたが、それらは完成時点で世界最大の望遠鏡を目ざしたものであった。

　ウィーン天文台は、内陸国オーストリアが、他国のように航海などの必要からではなく、帝国の力を誇示するために、1874～1880年につくったものである。そのためこの天文台は十分に活躍しなかったが、1970年ごろにウィーン郊外のショーフルに口径150センチメートル反射望遠鏡をつくり、着実な観測を行っている。

　プルコボ天文台はロシアでもっとも古い天文台で、1839年にサンクト・ペテルブルグ郊外につくられた。76センチメートル屈折望遠鏡は第二次世界大戦で破壊されたが、65センチメートルのマクストフ・カメラなどがある。またプルコボの大気差表は、今日も位置観測の補正を行う際に使われている。

　ニース天文台はパリの銀行家ビショップハイムRaphaël Bischoffsheim（1823―1906）の寄付によってつくられ、二重星の観測を行っていたが、その後パリ天文台附属となり、1960年代にニース大学附属天文台となり、現在では大型コンピュータを備え、フランスでも一、二を競う大天文台となっている。

　アメリカの天文台は19世紀中ごろまであまり活躍していない。19世紀末になり、新興国アメリカの大富豪の寄付によって、リック天文台やヤーキス天文台が建てられた。1939年テキサス州のマクドナルド天文台に口径208センチメートルの反射望遠鏡が備えられ、1959年リック天文台に305センチメートル反射望遠鏡、1968年にマクドナルド天文台に270センチメートル反射望遠鏡が完成した。その後、リック天文台はカリフォルニア大学の、マクドナルド天文台はテキサス大学の附属天文台となっている。

　1839年の写真術の発明は天文学に大きな影響を与えた。写真の露出時間を長くすることで光を蓄積できるようになり、またデータを保存しておくことが可能になった。写真術を天体観測に応用したのはハーバード大学天文台にいたことのあるドレーパーで、1840年のことである。天体観測への写真術の応用は月の撮影から始まり、オリオン星雲、恒星のスペクトルなどの写真へと拡大していった。

　ハーバード大学天文台は1839年設立のアメリカでもっとも古い天文台であるが、ピッカリング台長の時代に完成した20万個余りの恒星のスペクトル・カタログは、恒星の性質を明らかにしたHR図（Hertzsprung-Russell Diagram）の作成に大きく役だち、現在でもスペクトル分類の基礎的カタログとして使われている。

　望遠鏡に入ってくる光は一つの星からだけではない。同時に多くの星の光が入ってくる。より多くの星を1枚の写真に写す努力が払われたが、1930年、ドイツ、ハンブルク天文台のB・V・シュミットは、反射鏡の前面に特殊な補正レンズを入れることによって6度角平方を同時に写せるシュミット・カメラを完成した。

　ハンブルク郊外ベンゲドルフにあるハンブルク天文台は1914年創設で、各種望遠鏡のほかに80センチメートルのシュミット・カメラを備えている。ドイツのカール・シュワルツシルト天文台には万能型の口径200センチメートル望遠鏡があり、補正レンズを使うと世界最大のシュミット・カメラとなる。

　望遠鏡の口径の拡大は引き続き行われた。1917年アメリカのウィルソン山天文台に口径257センチメートル反射望遠鏡がつくられた。これはレンズを使った望遠鏡と異なり、ガラス面にアルミ蒸着したものである。この天文台ではハッブルが、遠い銀河ほど高速で飛び去っているという「ハッブルの法則」を発見した。1948年にはヘールの努力とカーネギー財団の寄付によりパロマ山天文台に508センチメートル望遠鏡がつくられた（ウィルソン山天文台とパロマ山天文台をあわせてヘール天文台とよんでいた。現在は別組織）。旧ソ連では1976年にクリミア天文台に近いゼレンチュクスカヤに口径600センチメートル反射望遠鏡が完成している。この望遠鏡は赤道儀式望遠鏡と異なり、経緯儀式望遠鏡である。

　日本では東京大学附属東京天文台、京都大学理学部附属花山天文台、緯度観測所があったが、1988年（昭和63）に東京天文台は東京大学から離れ、緯度観測所とともに、文部省直轄の国立天文台となった。

　国立天文台は1878年（明治11）に創設され、東京大学に属し、理科大学観象台とよんでいたが、1888年麻布(あざぶ)に移り、東京天文台とよばれるようになった。大正時代、東京市街の明かりを避けて三鷹(みたか)市に移った。1988年に国立大学共同利用機関の国立天文台、2004年（平成16）に大学共同機関法人自然科学機構・国立天文台となった。時刻の測定から銀河の観測まで広範囲な天文学の観測研究を行っている。出張所として1949年（昭和24）設立の乗鞍(のりくら)コロナ観測所、1960年の岡山天体物理観測所、1962年の堂平(どうだいら)観測所、1969年の野辺山太陽電波観測所（2015年閉所）、1974年の木曽(きそ)観測所のほか、1981年には野辺山宇宙電波観測所が完成、ミリ波では世界最大の45メートル望遠鏡を備えている。これらの諸施設は木曽観測所のみ東京大学の施設として残り、あとは国立天文台に移管した。なお、堂平観測所は観測環境の悪化等の理由で2000年（平成12）3月閉所し、また、乗鞍コロナ観測所も2010年太陽観測衛星「ひので」に研究を託し、閉鎖した。

　京都大学には花山天文台と飛騨(ひだ)天文台がある。飛騨天文台には65センチメートル屈折望遠鏡、60センチメートル反射望遠鏡、世界最新の性能を備えたドームレス太陽望遠鏡がある。

　緯度観測所は岩手県奥州市にあり、1988年に国立天文台水沢観測センターとなる。1899年に全世界にまたがる国際緯度観測事業のために設立され、世界6か所の緯度観測のデータを集めて整理、計算するセンターであった。VLBI（超長基線電波干渉計）による銀河の地図を作成するVERA計画を推進するため、1999年にVERA観測所が設置された。2006年に緯度観測所とVERA観測所が統合され、2009年から水沢VLBI観測所となっている。

［磯部琇三・宮内良子　2015年5月19日］

これからの天文台

天文台の機能は時とともに多様になってきている。位置観測においては、大昔の渾天儀や四分儀を別にしても、子午儀や子午環による観測から一歩進もうとしている。人工衛星（「ヒッパルコス」）で全天20万個の星の位置を0.001秒の精度で求めている。また超長基線電波干渉計を使って1センチメートル以下の地球の動きを明らかにした。

　恒星や銀河の性質を明らかにするために、可視光ばかりでなく電波からγ線まで広い波長域での観測が行われている。可視域の観測装置はより大きくなり、観測体制も国際的になってきた。1968年設立のキットピーク国立天文台は口径400センチメートル反射望遠鏡を備えたアメリカの大学の共同利用のための天文台で、1984年にはアメリカ国立光学天文台という、より大きな組織に発展している。南アメリカのチリには同じくアメリカの大学の共同利用のセロ・トロロ天文台、ヨーロッパ各国が設立したヨーロッパ南天天文台（ESO）のラシヤ天文台、カーネギー財団の設立したラス・カンパナス天文台があり、それぞれ400センチメートル、360センチメートル、254センチメートルの反射望遠鏡をもっている。ハワイのマウナ・ケア山にはハワイ大学の223センチメートル、イギリスの390センチメートル赤外線望遠鏡、アメリカ航空宇宙局の320センチメートル赤外線望遠鏡、フランス・カナダ・ハワイ共同運用の358センチメートル反射望遠鏡がある。スペイン領カナリア諸島のラ・パルマでは1983年からイギリスの254センチメートル反射望遠鏡、1987年から420センチメートル経緯儀式反射望遠鏡が稼動している。また、スペインのカラ・アルトにはドイツのマックス・プランク研究所の350センチメートル反射望遠鏡がある。1990年以降、大口径の望遠鏡をもつ天文台が増えた。

　これらの天文台はいずれも、大口径望遠鏡の機能を有効に果たせるように、気象条件がよく、しかも大気のゆらぎによって星像があまり大きくならない高山の上に建設されている。可視光のより質のよい光を得るために、1990年にはスペースシャトルで口径240センチメートル反射望遠鏡スペーステレスコープ（ハッブル宇宙望遠鏡）が打ち上げられ、高精度の画像が次々と得られている。

　1990年代になると、地上ではより良い観測条件を求めて、ハワイのマウナ・ケア山に36枚の分割鏡からなる口径10メートルのケック望遠鏡第1、2号機の2台の望遠鏡、口径8.2メートルの一枚鏡のすばる望遠鏡、口径8.1メートルの一枚鏡ジェミニ北望遠鏡が次々に完成した。南半球では南米のチリに口径8.2メートルの一枚鏡VLT（Very Large Telescope、超大型望遠鏡）が4台、口径8.1メートルのジェミニ南が2001年までに観測を始めている。2007年には、カナリア諸島のラ・パルマに36枚分割鏡口径10.4メートルのGTC（Gran Telescopio Canarias、カナリア大望遠鏡）が完成した。2000年代には、口径10メートルクラスの大型光学赤外線望遠鏡は天体の構造をより詳しく調べるために使われ、中小望遠鏡は、より多くのデータを着実に増やすための掃天観測や天体の長期にわたる時間変化の観測などに使用されるようになり、役割分担と特化が進んでいる。

［磯部琇三・宮内良子　2015年5月19日］

『磯部琇三著『世界の天文台』（1983・河出書房新社）』▽『アイザック・アシモフ著、小原隆博訳『天文学の歴史』（1990・福武書店）』▽『吉田正太郎著『望遠鏡発達史』上下（1994・誠文堂新光社）』▽『東海林郁三著『忘れられた天文台』（1995・近代文芸社）』▽『沼沢茂美著『SUBARU――すばるが見た大宇宙』（1999・人類文化社、桜桃書房発売）』▽『古在由秀著『天文台へ行こう』（2005・岩波書店）』▽『国立天文台編『ビジュアル天文学　宇宙へのまなざし――すばる望遠鏡天体画像集』（2009・丸善出版）』

東京天文台

緯度観測所

国立天文台

岡山天体物理観測所

野辺山宇宙電波観測所

キットピーク国立天文台
アメリカ南西部、アリゾナ州のキットピーク山にあるアメリカ国立光学天文台の一施設。写真左が400cm反射望遠鏡ドーム、その右奥に斜めの構造物が特徴の太陽観測塔が見える。アメリカ　トゥーソン南西©P.Marenfeld/NOAO/AURA/NSF and E.Acosta/LSST/AURA/NSF">

キットピーク国立天文台

セロ・トロロ天文台

ラシヤ天文台

パラナル天文台
ヨーロッパ南天天文台（ESO）の施設。チリ北部、標高2600mのパラナル山にある。四つの大きな建物が口径8.2m超大型望遠鏡（VLT）ドーム。チリ　アントファガスタ南©J.L.Dauvergne＆G.Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO">

パラナル天文台

マウナ・ケア天文台群
空気が乾燥し、晴天が多いなど、観測条件のよいマウナ・ケア山山頂には、11か国により計13の望遠鏡が設置されている。写真中央右の2つのドームは、カリフォルニア工科大学のケック望遠鏡。その右に日本の「すばる」望遠鏡ドームがみえる。アメリカ　ハワイ州　ハワイ島©国立天文台">

マウナ・ケア天文台群

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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