天文衛星とは？目的や役割、種類をわかりやすく解説！

夜空の星々を見つめることから始まった人類の根源的な探究は、今や宇宙空間へと飛び出しました。天文衛星は、その探求の最前線を支え、地上観測の限界を打ち破る存在です。可視光や赤外線、Ｘ線など、波長ごとに異なる役割を担う天文衛星は、目に見えない宇宙の光を捉え続けています。天文衛星の目的と役割、多様な種類を知ることで、可視光だけではわからない宇宙の真の姿が見えてくるのです。

天文衛星とは

天文衛星とは、地球の周回軌道や宇宙の特定のポイントから天体を観測する科学衛星のことです。「宇宙望遠鏡」とも呼ばれるこの装置は、地上観測の最大の障壁である地球の大気を物理的に回避し、宇宙のありのままの姿を捉えるために開発されました。

夜空に輝く星々は人類に無限の好奇心をもたらします。しかし、地上からの観測には根本的な限界があります。

地球を守る大気が、宇宙からの光の大部分を遮断してしまうからです。天文衛星はこの壁を越え、

など、人類の根源的な問いに答えるための最も強力な手段として機能しています。なぜ莫大なコストをかけて望遠鏡を宇宙へ運ぶのか、その理由を見ていきましょう。

目的と役割：見えない光を観測する

天文衛星の最大の目的は、地上には届かない「目に見えない光（電磁波）」を観測することです。

宇宙の天体は、可視光のみならず、

など、多様な波長の電磁波を放っています。しかし、地球の大気は生命を有害な宇宙線から守るフィルターとして機能しており、紫外線の大部分や赤外線の多くの波長を吸収・遮断してしまいます。この防御機能は地表の生命にとって欠かせませんが、同時に天文学者にとっては観測の大きな妨げとなるのです。

天文衛星を大気圏外に配置することで、初めて全波長での観測が可能になります。これにより、高温ガスが放つＸ線でブラックホール周辺の激動を追跡したり、塵（ちり）を透過する赤外線で星が誕生する瞬間を目撃したりと、地上では物理的に観測不可能な現象の解明が実現するのです。

地上望遠鏡との３つの決定的な違い

天文衛星が地上望遠鏡より優れている点は、３つの側面から説明できます。

①全波長領域での観測

第一に、「全波長領域での観測」が挙げられます。地上からは「大気の窓」と呼ばれる、一部の電波と可視光線のみが観測できますが、宇宙空間ではガンマ線から電波に至るまで、すべての波長が観測可能です。

日米欧による衛星「クリズム」は、超新星爆発をＸ線で精密に分析し、元素の起源に迫る成果を上げました。

②圧倒的な解像度

第二に、「圧倒的な解像度」です。地上では大気の密度変化による「ゆらぎ（シーイング）」で星の像がぼやけてしまいますが、真空の宇宙空間ではこの影響を一切受けません。

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影する数十億光年先の銀河の鮮明な画像は、この環境だからこそ実現できるものなのです。

③昼夜・天候に左右されない連続観測

第三に、「昼夜や天候に左右されない連続観測」が可能である点です。地上の望遠鏡は昼間や悪天候下では使用できませんが、宇宙では常に最良の観測環境を保つことができます。

欧州宇宙機関の「ガイア」のように、特定の軌道で同じ天体を長時間観測し続けることで、史上最高精度の銀河地図作成が可能になるのです。

宇宙望遠鏡構想の先駆者

今日の天文衛星の活躍は、米国の天体物理学者ライマン・スピッツァー・ジュニアの先見の明なくしては語れません。彼は1946年、人工衛星すら存在しなかった時代に、『地球外の天文台の天文学的な利点』という論文を発表しました。

この論文では、大気による光の吸収と大気ゆらぎの問題を科学的に分析し、宇宙に望遠鏡を設置する構想を提唱したのです。当時は夢物語とされましたが、彼の洞察は極めて正確でした。

彼はハッブル宇宙望遠鏡計画の実現に人生の大部分を捧げ、その情熱は後に「スピッツァー宇宙望遠鏡」として名を残すことになります。天文衛星の歴史は、「より鮮明に、より深く宇宙を見たい」という科学者の強い想いが切り拓いたものなのです。

このように、天文衛星は、大気という物理的な制約を超え、地上には到達しないＸ線や赤外線などの「見えない情報」を、圧倒的な解像度で記録する観測装置です。科学者たちの情熱によって切り拓かれた天文衛星の技術は、私たちの宇宙観を継続的に変え続けているのです。

次の章では、多様な天文衛星の種類を見ていきましょう。*1）

天文衛星の種類

【JAXAのX線天文衛星「てんま」（1988年運用終了）】

天文衛星は、観測する「波長」によっていくつかのタイプに大別され、それぞれが得意とする分野や明らかにする宇宙の姿が異なります。まるで人間の５つの感覚のように、ある衛星は「熱」を感じ、ある衛星は「激しいエネルギー」を検知して、宇宙の多様な側面を捉えているのです。

それぞれの衛星がどのような特徴を持ち、何を見せてくれるのか、主要な４つのタイプについて、波長ごとの役割と成果を確認していきましょう。

①Ｘ線天文衛星：激動の宇宙を見る

宇宙で最もエネルギーが高く、激しい現象が起きている場所を映し出すのが、Ｘ線天文衛星です。医療用でおなじみのＸ線ですが、宇宙では100万度を超える超高温のガスから放射されます。

このような極限状態は、

などで見られます。

Ｘ線観測の最大の成果は、光を出さないブラックホールの存在を、周辺のガスが放つＸ線によって間接的かつ確実に「可視化」したことです。ブラックホール周辺で加速されたガスは光速近くまで達し、相互作用によって超高温となり、強いＸ線を放つのです。

この分野で日本は世界をリードしており、「あすか」や「すざく」といった衛星が数々の重要な発見をしてきました。2023年９月７日には、日米欧の協力による最新鋭の「XRISM（クリズム）」が打ち上げられ、銀河団の高温ガスの組成を前例のない精度で測定する新たなミッションが始まっています。

これにより、宇宙の大規模構造がどのように形成されたのか、その根源的な謎に迫ることが期待されています。

赤外線天文衛星：隠された誕生の現場を見る

【NASAの広域赤外線探査衛星「WISE（ワイズ）」のイメージ】

「透過性」と「熱の検知」をキーワードに、星の誕生シーンを解明するのが赤外線天文衛星です。赤外線は塵（ちり）やガスを通り抜ける性質があるため、可視光では真っ暗に見える雲の奥深くの「生まれたての星」や、銀河の中心部を透かして見ることができます。

赤外線天文衛星には、観測装置自体が出す熱がノイズになるため、液体ヘリウムなどで極低温に冷却する必要があるという技術的な課題があります。日本の「あかり」はこの先端技術を用いて、全天の精密な地図を作成しました。

現在、NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡も赤外線観測を主力としており、宇宙誕生直後の最初の星（ファーストスター）からの淡い光を捉えようとしています。赤外線は、物質が生命や惑星へと至る進化の過程を探る重要な鍵となっているのです。

ガンマ線天文衛星：極限のエネルギーを見る

【NASAのガンマ線宇宙望遠鏡「Fermi（フェルミ）」】

電磁波の中で最もエネルギーが高く、可視光の100万倍以上のパワーを持つガンマ線を捉えるのが、ガンマ線天文衛星です。Ｘ線よりもさらに過激な、宇宙最強のエネルギー現象が観測対象です。

具体的には、

など、物質が光速に限りなく近い速度まで加速される「天然の粒子加速器」のような場所です。特に注目されるのが「ガンマ線バースト」と呼ばれる謎の爆発現象です。これは、わずか数秒から数分の間に、太陽が10億年かかって放出するエネルギー以上の光を放つという、想像を絶する現象で、NASAのフェルミガンマ線宇宙望遠鏡などがこの現象を監視し、ブラックホール周辺での物理法則や宇宙線の起源を解明しようとしています。

紫外線・可視光天文衛星：鮮明で精細な標準像を見る

最も馴染み深く、天文学の基礎となる高精細な画像を提供するのが、紫外線天文衛星と可視光天文衛星です。宇宙空間からの観測は大気のゆらぎがないため、遠く離れた銀河の渦巻き構造や、星団の中の個々の星を鮮明に分離できます。

また、オゾン層に吸収されてしまう紫外線を観測できるのも重要な点です。紫外線は若くて高温の星から強く放射されるため、「どこで新しい星が現在生まれているのか」を知る重要な指標となります。

この分野の代名詞であるハッブル宇宙望遠鏡は、30年以上にわたり美しく精細な画像を届け、宇宙の膨張速度の決定や、太陽系外惑星の大気分析など、現代天文学のほぼすべての分野に貢献し続けています。

１つの天体をこれら複数の「目」で同時に観測する「多波長天文学」によって、天文学者は宇宙で起きている現象を立体的かつ深く理解することができるようになりました。異なる波長の情報を組み合わせることで、宇宙という巨大なパズルの全体像が初めて見えてくるのです。

次の章では、具体的な天文衛星の例を紹介します。*2）

天文衛星の具体例

【ロシアが主導する口径1.7mの国際紫外線天文衛星のイメージ】

これまで解説してきた理論や技術は、実際に宇宙へ旅立った衛星たちの活躍によって初めて実証されました。歴史に名を刻む天文衛星たちの軌跡と成果をご紹介します。

あかり（ASTRO-F）

【「何もない空」からの赤外線分析結果（全天赤外線地図）】

日本初の赤外線天文衛星「あかり」は、宇宙の「全天赤外線地図」を完成させたパイオニアです。それまで欧米に比べて遅れていた日本の赤外線天文学を、一気に世界レベルへと押し上げました。

「あかり」は高度700キロメートルの太陽同期軌道から、空のあらゆる方向をくまなく観測する「全天サーベイ」を実現しました。約130万個以上の天体をカタログ化し、星が生まれている現場（星形成領域）の分布を網羅的に解明しています。

当初の予定寿命である１年半をはるかに超えて、５年９か月にわたってデータを送り続けた歴史的名機です。

すざく（ASTRO-EII）

Ｘ線天文衛星「すざく」の名前の由来は、中国古典の神獣「朱雀（南方の守護神）」です。その名に違わず、打ち上げ直後の危機から見事に復活しました。

「すざく」の打ち上げ直後、メイン機器の極低温分光計がヘリウム漏洩で使用不能になるというトラブルに見舞われました。しかし、残されたＸ線CCDカメラと硬Ｘ線検出器の性能を極限まで引き出す運用に切り替えることで、世界最高レベルの感度を実現し、当初の目標寿命２年を超える約10年間の運用を成し遂げました。

ブラックホールや銀河団の高温ガスの観測で次々と重要な発見をもたらしています。

ハッブル宇宙望遠鏡（HST）

【左：「Webb（ウェッブ）」、右：「Hubble（ハッブル）」】

ハッブル宇宙望遠鏡は、30年以上にわたり、最も鮮明で美しい宇宙の姿を届け続けている、天文学の象徴的存在です。

地上約600キロメートルの軌道からスペースシャトルによる計５回の修理・改良を受けながら、常に最新の性能を維持してきました。

など、140万回以上の観測を実施し、その美しい画像は科学的な発見にとどまらず、一般の人々に宇宙への深い関心をもたらす文化的な役割も果たしています。

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）

【上：ハッブル、下：ウェッブの仕組み（どちらも反射望遠鏡※）】

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、ハッブルの後継機として開発された、史上最大かつ最強の赤外線宇宙望遠鏡です。ハッブルの約100倍の感度を持ち、過去の光※を捉えることで宇宙の始まりに迫っています。

地球から約150万キロメートル離れた位置（ラグランジュ点L２）に設置され、宇宙誕生からわずか数億年後に誕生した銀河を次々と発見しています。これまでの定説が覆されるほどの衝撃をもたらし、多くの研究者が「教科書が書き換わる」と表現するほどの成果を上げています。

XRISM（クリズム）

「すざく」の後継としてＸ線天文学の新たな扉を開くのが、最新鋭のX線天文衛星XRISM（クリズム）です。天体の形を見るだけでなく、ガスの「動き」や「成分」を精密に測ることに特化しています。

2023年９月７日に打ち上げられたXRISMは、プラズマ（高温ガス）の中に含まれる元素の種類と、その動く速度を前例のない精度で測定できます。初期観測では既に、超新星残骸の鉄イオン温度が摂氏100億度に達していることを明らかにするなど、宇宙の構造形成の根源的な謎に迫る成果を上げています。

これら新旧の天文衛星は、技術と知見をバトンのようにつなぎながら、人類の知識の境界線を広げ続けているのです。各衛星が得たデータは、次の世代の観測へと引き継がれ、さらに深い宇宙の謎の解明へと導かれています。*3）

天文衛星とSDGs

【JAXAのX線分光撮像衛星「XRISM」】

天文衛星が捉えた地球の姿は、陸と海に限りあることを明確に示し、SDGsが目指す「人類の存続と繁栄」と深く結びついています。極限環境で培われた技術は地上に還元され、産業競争力と国際協力の推進を実現しています。

SDGs目標4：質の高い教育をみんなに

天文衛星の画像やブラックホールの謎は、子供たちの知的好奇心を刺激し、理数系（STEM）学習の最高の教材となります。ジェイムズ・ウェッブが発見した「予想より早い時期に形成された銀河」といった知見は、これまでの教科書の内容そのものを書き換える成果であり、世界中の学習者に公平に最先端の科学知識を提供する教育資源として機能しています。

SDGs目標9：産業と技術革新の基盤をつくろう

真空と極低温で耐える高度な衛星技術は、地上に多くの「スピンオフ（技術転用）」を生み出します。天文衛星で開発された高感度センサー技術は、医療のＣＴスキャンに応用され、赤外線観測技術は空港の手荷物検査や製造の非破壊検査装置に転用されています。

天文衛星開発の技術が、産業基盤を強化し、経済競争力を高める実質的な貢献をもたらしているのです。

SDGs目標17：パートナーシップで目標を達成しよう

現代の天文衛星開発には、数百億円規模の予算と世界最高水準の技術が必要です。一国だけでは完結不可能であるため、国際協力が不可欠です。日米欧による「XRISM」や「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡」は、政治的な利害を超えて科学的目標のために世界中の機関が連携しています。

このような宇宙開発プロジェクトは、協力を通じて人類共通の課題に取り組む「グローバルパートナーシップの実践モデル」であり、国際平和と相互理解を促進する力となっているのです。*4）

>>SDGsに関する詳しい記事はこちらから

まとめ

天文衛星は、地球の大気という壁を超えて「見えない宇宙」を可視化し、人類の知の地平線を広げる重要な観測機器です。2024年に定常運用へ移行した「XRISM」や、2030年代を目指す「LiteBIRD」、「JASMINE」といった日本の新たな計画は、宇宙の起源と銀河形成という究極の謎に迫る大きな一歩となるでしょう。

この探求を継続可能にするには、

というグローバルな協力が不可欠です。遠い星々を知ることは、国や文化を超えて、私たち人類に地球環境のかけがえのなさを深く認識させるのです。

といった、根源的な問いに向き合う好奇心は、より良い未来を創る原動力となります。ぜひ、機会を見つけてプラネタリウムや各地の天文台での市民科学プロジェクトに参加してみてください。

夜空を見上げ、見えない世界へ想いを馳せることから、宇宙空間から観測を続ける天文衛星の最先端テクノロジーまで、限りなき探求の旅を始めてみませんか。*5）

＜参考・引用文献＞
*1）天文衛星とは
JAXA 宇宙科学研究所『X線分光撮像衛星 XRISM』
JAXA『X線分光撮像衛星（XRISM）とは』
JAXA『赤外線天文学』
NASA『Lyman Spitzer』（2023年10月）
ALMA『アルマ望遠鏡にまつわる10のこと』
*2）天文衛星の種類
JAXA『ケンタウルス座銀河団中心部の高温ガスの流れと銀河団の形成過程』（2025年2月）
JAXA『運用終了小型月着陸実証機（SLIM）』
日本天文学会『あかり衛星』
NASA『Fermi』（2008年6月）
金沢大学 理学部『ガンマ線バースト（GRB）について』
*3）天文衛星の具体例
JAXA 宇宙科学研究所『赤外線天文衛星「あかり」（ASTRO-F）』（2023年4月）
JAXA 宇宙科学研究所『Ｘ線天文衛星「すざく」（ASTRO-EII）』（2015年11月）
JAXA『Ｘ線分光撮像衛星（XRISM）及び小型月着陸実証機（SLIM）の打上げ結果について』（2023年9月）
NASA『James Webb Space Telescope』（2025年11月）
日本天文学会『ハッブル宇宙望遠鏡』
*4）天文衛星とSDGs
国連宇宙部（UNOOSA）『Space for the Sustainable Development Goals』（2024年）
国際天文学連合『国際天文学連合 Office of Astronomy for Development でのユニバーサルデザイン研究』（2013年9月）
JAXA『宇宙航空を素材とした教育（宇宙教育）の推進』（2023年3月）
NASA『Space-Based Tech for Home Health Monitoring』（2025年11月）
内閣府『第6期科学技術・イノベーション基本計画』
*5）まとめ
JAXA『観測ロケットで見えてきた新しい太陽の姿』（2022年10月）
内閣府『宇宙基本計画』（2023年6月）
国立天文台『可視光・赤外線天文学の保護』
UNOOSA『Dark and Quiet Skies for Science and Society』（2021年10月）
NASA『Missions』