VRを使って宇宙を身体で実感-国立天文台「Mitaka VR」体験レポート

(c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 コントローラーを使って、目の前に浮かんだ土星や木星、銀河系をぐるぐる回す。しゃがんだり立ち上がったりして土星の輪の表側を見たり裏側を見ることもできる。太陽を背にして木星表面に落ちる衛星の影を見ることもできるし、惑星探査機の軌道を追体験することもできる。太陽近傍の恒星間の距離をズームイン、ズームバックを繰り返しながら把握することも可能だ。そして宇宙の銀河と超空洞が作り出す、宇宙の大規模構造を見ることも――。そんな体験が可能な「Mitaka VR」を体験してきた。

■4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U)と4次元デジタル宇宙ビューワー「Mitaka」

 国立天文台による映像を使った天文学広報コンテンツ「4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U)」をご存知だろうか。デジタルデータを使ったCGで宇宙の姿を描きだし、目の当たりにできるようにすることを目指したプロジェクトだ。

 天文学の最新成果を「わかりやすく、楽しく、そして科学的に正しい映像表現で一般の人に伝える」ことを目的としており、望遠鏡の観測データや、スーパーコンピュータによるシミュレーションデータを加工して、最新の宇宙像を描き出す。天文学者に新たな視点を与えることも目的の一つである。

 4D2Uが開発している4次元デジタル宇宙ビューワーが「Mitaka(ミタカ)」だ。天文学の様々な観測データや理論的モデルを見るためのソフトウェアである。「Mitaka」を使うと、地球から太陽系や銀河系、宇宙の果てまで自由に移動して、宇宙の様々な構造や天体の位置を見ることができる。

 MitakaはWindows上で動作するソフトウェアだが、PCのディスプレイだけでなく、ドームシアターへの表示機能のほか、バーチャルリアリティ(VR)版「Mitaka VR」もある。今回、国立天文台で体験させてもらった。なおいずれも無料で配布されているので環境があれば誰でも家庭で楽しむことができる。

■まずはVRプラネタリウム体験

 デモをしてくれたのは「Mitaka」開発者である国立天文台 天文シミュレーションプロジェクト専門研究職員の加藤恒彦氏と4次元デジタル宇宙プロジェクト広報担当の福士比奈子氏。

国立天文台 天文シミュレーションプロジェクト 専門研究職員の加藤恒彦氏

 VR体験はOculus RiftとHTC VIVEに対応している。まずはOculus Riftを使ったツアーを行ってもらった。体験は最初は地球上から始まる。国立天文台のある三鷹市の夜の体験だ。

Mitakaのスタート地点.夜8時の三鷹の星空 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 VRならではの満天の星空で、南方向きに座ると目の前から天頂に向けて天の川が見えている。もちろん星座表示も可能だ。これだけでもVR版プラネタリウムとして十分楽しい。

■地球を眺め回す

 その後、いよいよ宇宙へと飛び出す。まずは三鷹市上空からズームバックしていき、地球全体が見えるところまで引いていく。目の前には地球が浮かんでいる。

宇宙へ飛び立ち,地球を外から見た (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 後ろを振り向くと太陽が遠くに見える。映画「スーパーマン」の冒頭あるいはラストシーンで、スーパーマンが宇宙から地球を眺めているシーンがあるが、まさにあんな気分だ。ただし、自分自身が超巨大なスケールになっているような感覚である。

 ここらあたりから早速、VRならではの体験が楽しめる。さっきまで座っていた座席を立って、目の前に浮いている地球を好きな角度から眺められるのだ。地球の像が美しく、これもとても楽しい。

■太陽系ツアー

 さて、眺め回したあとは、再びツアーを続けてもらう。地球からズームバックしていくと、まず見えてくるのは衛星である月だ。月と地球との距離はおよそ384,400km。地球半径の約60倍ある……と、いう話は本に書いてある知識だが、VRで体験してみると地球と月とのあいだは思っていたよりも遠いのだということが、すぐに体感できる。

太陽系の概観 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 さらに加速度的にズームバックすると、小惑星帯を経て、木星が見えてくる。このあたりの距離は天文単位で表示されている。木星は巨大ガス惑星で惑星探査機による探査も行われている。Mitakaではこれまで探査を行ってきた探査機のすぐ横にならんで、その探査機が惑星のすぐ近くをどのように飛行したのかを追体験することができる。今後は探査機による観測結果を反映していきたいとのことだ。

Mitakaによる木星探査機ジュノーの軌道 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 木星の外には土星がある。土星のおなじみの輪が美しい。

土星 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 輪自体は平面で表現されているのだが、面白いのは、光の散乱や吸収を表現していることで、光が当たっている面は白く見えるが、それを裏から見ると黒く見える。マニアックな部分だが、教育コンテンツならではのこういうところにへーっと思わされるし、裏から見たり表から見たりを繰り返すのとはとても面白い。ちなみに、土星の北極にある六角形の渦もうっすら表現されているのが見える。

 土星では惑星探査機カッシーニによる輪くぐりを見せてもらった。1997年に打ち上げられたカッシーニは、土星と輪の間を22回くぐった。2017年9月15日には土星に突入する「グランドフィナーレ」を迎える予定だ。

土星探査機カッシーニ。9月15日には土星に突入する予定。(c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 ここからズームバックはさらに加速する。天王星や海王星、惑星から「準惑星」へと変更になった冥王星やその仲間たちが見えてくる。

太陽系の概観 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 さらにエッジワース・カイパーベルト、さらに引くと、彗星の起源だと考えられている、氷でできた「オールトの雲」の星々が見えてくる。「オールトの雲」は直接観測されていないので、推定である。太陽の重力が作用するのはこのオールトの雲の外縁部あたりまでだ。

■太陽系の外側、銀河系へ

 さらに旅は続く。いよいよ太陽系を後にし、表示が「天文単位」から「光年」に変わる。どんどん引いていくと、やがて太陽系近傍の恒星が見えてくる。

太陽から一番近い恒星,アルファ・ケンタウリ (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 4.39光年と太陽からもっとも近い恒星であるアルファ・ケンタウリ(ケンタウルス座α星)を皮切りに、全天で一番明るい星であるシリウスなどが見えてくる。

太陽から30光年 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 シリウスが明るく見えるのは近くの星だからだ。Mitaka VRで見るとそれが本当によくわかる。本で表や図で見るよりもずっと、一目瞭然なのだ。体を左右に動かして位置関係を把握できるからかもしれない。この「腑に落ちる」感覚はこれまでにないもので、VRならではなのかもしれない。

太陽から1000光年 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 さらにズームバックすると他の大量の星々が姿を現し、ほどなく、太陽や近傍の星々もその他大勢になる。ここから先は(本当はここまでもなのだが)もはや人間の感覚では捉えがたい世界だ。見えてくるのは銀河系の姿である。直径およそ10万光年。厚さは1000光年。渦巻き銀河の一つである我々の銀河系が目の前に浮かぶ。

天の川銀河 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 中央でまばゆく輝くバルジや、らせん状の腕が美しい。もちろん、真横から見ると中心部は星間ガスに光が吸収されるため、暗く見える。このあたりが本当に面白い。ちなみに我々の太陽系は、銀河系中心から2万6000光年の位置にある。

真横からみた天の川銀河 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

■人が観測し得る宇宙の果てへ

近所の銀河たち,局所銀河群 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 まだまだ続く。銀河系の周囲には球状星団や星雲がある。マゼラン星雲や、230万光年離れた位置にあるアンドロメダ銀河などを銀河系の近くの局所銀河群を眺めながらどんどんズームバックしてもらうと、次第に、銀河自体が一つの点になっていき、より大きな集まりである乙女座銀河団の全景が見えてくる。

おとめ座銀河団 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 さらにズームバックすると、銀河団の集まりであるひも状のフィラメント構造が見えてくる。スローン・デジタル・スカイ・サーベイ(SDSS)で得られた宇宙の大規模構造だ。

宇宙の大規模構造 (c)2005 加藤恒彦, ARC and SDSS, 4D2U Project, NAOJ

 ここでは観測データが一部しかないので、360度映像で表示されているのも宇宙の一部分になる。

宇宙の大規模構造 (c)2005 加藤恒彦, ARC and SDSS, 4D2U Project, NAOJ

 だが旅はまだ終わらない。

宇宙の大規模構造 (c)2005 加藤恒彦, ARC and SDSS, 4D2U Project, NAOJ

 最後に見せてもらえるのは、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の分布だ。宇宙マイクロ波背景放射とは、宇宙誕生からおよそ40万年後、温度が1万K以下になって、光が直進できるようになったときの名残である。いまでは2.7Kの電波として全天球から降り注いでいる。だがそこにはわずかなゆらぎがあり、「COBE」や「WMAP」という衛星で詳細に観測されたその揺らぎが、その後、現在の物質分布の揺らぎのタネとなったと考えられている。

宇宙背景放射.Plankによる観測データ (c)2005 加藤恒彦, ARC and SDSS, 4D2U Project, NAOJ

 まるでビーチボールのような、CMBの分布を示す球状の構造が、このツアーの最後だ。人が観測し得る宇宙の果てである。ちなみに、首をその宇宙ボールのなかに突っ込むと、銀河やクエーサーによるフィラメント構造が内部に見える。これが我々のいる宇宙だ。

■宇宙を僕の手のひらに

冥王星探査機ニューホライズンズの冥王星最接近の様子 (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 このあとはHTC VIVEを使って、自分で様々なコントロールをしながら宇宙を眺め回させてもらった。基本的には同じだが、メニュー画面から任意の星や探査機の位置まで飛んだり、両腕を使ってズームイン、ズームバックを繰り返して視点のスケールを変えることができる。まさに宇宙を手のひらの上に乗せているような感覚で、惑星や銀河系を回したりして眺めまわすことができるのは楽しい。

天の川銀河中心のブラックホール いて座A*と、アインシュタインリング (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 また、特別な体験も可能だ。たとえば、銀河中心にあると考えられている太陽質量の400万倍の巨大ブラックホール「いて座A*(スター)」の重力による歪みを使って明るい星を見ると、「アインシュタインリング」を見たりすることもできる。

■可視化ムービーを360度動画として体験することも

 現行の「Mitaka VR」は動画の再生には対応していない。だが4D2Uではこれまでにスーパーコンピューターを使った可視化ムービーを製作しており、それらはYouTubeなどで公開されている。単なる4K動画だけではなく、スマートフォンとGoogle Cardboardなどを使って360度映像としても楽しむことができる動画も公開されている。

 コンテンツとしては、土星リングの様子や、微惑星の形成や原始惑星の巨大衝突、銀河衝突、ダークマターによる宇宙の大規模構造の進化の様子などがある。これらはスマホでカードボードでお手軽に見ることができるので、興味があればご覧頂きたい。国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクトのYouTubeチャンネルはこちら

VR映像は作品素材としてDL可能

小惑星イトカワ (c)2005 加藤恒彦, 4D2U Project, NAOJ

 4D2Uについて、特筆すべきことがある。それぞれのコンテンツのページから映像をそのままダウンロードして作品素材として利用できるのだ。たとえば、「天の川銀河紀行」ダウンロードページはこちら

 VR映像をそのままダウンロードして、VR作品を作るクリエイターの素材としても利用できる。個人ならば自由に、科学館での上映や展示、映像作品・出版物への利用の場合はコンテンツ利用申請を出す必要がある。利用許可申請書のダウンロードや利用条件の詳細はこちら

■想像以上に面白い教育コンテンツ

 最後に筆者の個人的な感想を付け加えておきたい。一言でいうと、想像以上に面白かった。「想像していた以上に」と言ったほうが良いかもしれない。これまでにも宇宙関連の教育関連コンテンツは色々見てきたし、閲覧したコンテンツの内容自体は、科学雑誌や書籍などでお馴染みのもので、そういった面では予想どおりだった。

 だが、VRゴーグルをかぶって宇宙のなかを探ってまわると、それら頭のなかで知っていた知識が、身体的な感覚へと降りてくる。これは他の閲覧形式では得られないものかもしれない。特に太陽と近くの恒星の位置関係の分かりやすさにはハッとさせられた。

 なかなか言葉で伝えづらい点も、VRコンテンツとしてやはりお馴染みのものなのだが……。OculusやVIVEを持っている方には是非体験してもらいたい。なお現在のMitakaが対応しているのはWindowsだけだが、新しく作り直す予定の新バージョンのMitakaでは、Macにも対応する予定とのことだ。加藤氏は他にもMicrosoft HoloLensを使った教育コンテンツも検討中だという。期待している。

・Mitaka VR
http://4d2u.nao.ac.jp/html/program/mitaka/#VR

Reported by 森山和道

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