ビッグバンと新たな人類の難問が生む最大のデータ

人類が抱いてきた最も古く、最も大きな問い。それは、「私たちはどこにいるのか？」「どうやってここにたどり着いたのか？」「そして、どこへ向かっているのか？」というものです。

さらに現代、もうひとつの“最大級の問い”が加わりました。それは、物理宇宙論におけるΛCDM（ラムダ・コールド・ダーク・マター）モデルが正しいのかという疑問です。このモデルは以下の3つの前提に基づいています。

1. 宇宙はどこでも同じで、膨張している

2. 時空の中の線は1点で交わり、各直線上の時間は同期できる

3. 一般相対性理論は、時空の幾何学と物質およびエネルギーの分布を正確に結びつける

簡単そうに聞こえますか？

欧州宇宙機関（ESA）の科学者やエンジニアは、1975年の設立以来、日々これらの疑問に対する答えを探し求めています。インサイトが生まれるたびに、好奇心はさらに刺激されます。

1975年にESAが創設されたとき、それは単なる科学的なマイルストーンではありませんでした。断片化された国家計画を単一の条約の下にまとめ、宇宙を1つの声で語るという欧州の決意でした。この統一へのステップが、この50年にわたるESAの業績の基礎を築きました。ESAはその設立以来、最先端の科学から探査、地球観測、有人宇宙飛行まで、幅広いプログラムを構築してきました。

国際宇宙ステーション（ISS）の有人宇宙飛行プログラムへの参加も輝かしい業績ですが、ESAはまた、銀河系内の他の惑星や衛星の無人探査、および地球近傍軌道にある多数の人工衛星アレイも管理しています。現在、同機関は合計で約20のミッションを監督しており、地球の太陽風や北極圏の気象パターンの変化からプラズマ物理学（プラズマは宇宙で最も無秩序に遍在する物質の状態）、約140億年前のビッグバンの波及効果（この特異な宇宙的事象は、人類に知られているすべての大きな謎の母であり続けている）まで、あらゆるものを研究しています。

ΛCDMの疑問に答えるというESAのミッションは、点、線、平面、角度の特性を幾何学の伝統的な形式に整理した古代ギリシャの数学者、アレクサンドリアのユークリッドにちなんで名付けられました。定義上、ユークリッドの宇宙望遠鏡は、点、線、平面、角度の古典的な特性を使用して、100億光年離れた数十億の銀河の幾何学を観測するように設計されています。

（私たちのほとんどにとって）難解な計算と多くのゼロはさておき、ユークリッド ミッションが作成するデータは、観測可能な空の3分の1以上を効果的にマッピングします。しかし驚くべきことに、ユークリッド チームの研究は、目に見えないもの、つまり重力、いわゆるダークエネルギーやダークマターだけを観測することに集中しています。というのも、さらに驚くべきことに、宇宙はわずか5%しか目に見えていないからです（例えば、原子、光、スタバのテイクアウトオーダーなど）。宇宙の残りの95%は現在も目には見えない状態で、ユークリッドが探し求める答えがそこに隠されています。

その答えは、まもなくNetAppサーバのデータから見つかるでしょう。お近くの天の川にもうすぐ現れるかもしれません。

Ruben Alvarezは、1293年に設立されたマドリード コンプルテンセ大学で天体物理学の修士号を取得しました。世界最古の大学の1つの院卒生であるRubenが、世界で最も古い疑問のいくつかへの解明に取り組んでいるのはもっともなことです。数年後、IT管理の修士号を取得した彼は、ESAの科学ITインフラストラクチャ コーディネーター兼サイバーセキュリティ マネージャーとして、自分の持つ学際的な能力を稀有な方法で応用しています。キャリア初期には科学者であり研究者であった彼は、現在、宇宙論理論の無形の世界と、宇宙科学の大きな疑問を証明、反証するデータの取得、管理に必要なハードウェアとソフトウェアという非常に具体的な世界を橋渡ししています。わかりやすく言えば、RubenはESAのScience Operations Centers（SOCs）に必要なITインフラストラクチャとサイバーセキュリティを担当しています。ここでは、高度に専門化されたエキスパートらが、複数の宇宙ベースおよび天文ミッションの要求を、巧みに同時に調整します。

彼らは日々精一杯で、同じように過ごす日は2日とありません。その業務は、打ち上げ後の車載機器のキャリブレーションからデータのライフサイクル全体のストレージ環境の構築まで多岐にわたります。これは、複数の宇宙船や天文衛星からの生の宇宙データを処理、分析することで達成されます。それは宇宙の物理的存在、そして究極的には私たち自身の存在に対する理解を形づくる、ひと時もその責任から解放されることのない追求です。過去半世紀にわたりESAが作成したデータセットは、Digital Library of the Universe（宇宙のデジタルライブラリ）として正当に認められた一連の研究成果です。そしてそのライブラリの棚では、何十億年の英知が蓄積された世界で最も新しい書物のデータ量が増え続けています。

ユークリッドのデータセットは、宇宙のデジタルアトラスなのです。

現在、ユークリッド広角望遠鏡は、2023年7月にフロリダ州ケープ カナベラルで打ち上げられた場所から100万マイル離れた太陽の周りでハロー軌道をたどっています。ユークリッドはNASAからの支援（赤外線検出器、地上支援、ユークリッド コンソーシアムの米国の科学者を含む）を伴うESA主導のミッションです。打ち上げはSpaceXから提供されたFalcon 9で行われました。衛星は約1カ月後に安定軌道に入り、科学者たちはその経緯を固唾をのんで見守りました。ユークリッドが最初に地球に送り返した画像には光害の影響が見られました。しかし、心配はいりません。マドリッドのSOCチームとフランスのトゥールーズ、イタリアのトリノのエンジニアと連携して機体を何度か調整することで時期に事態は収拾し、ミッションは順調に進んでいます。

欧州宇宙天文学センター（ESAC）科学オペレーションセンター（SOC）の中核的責任

• 宇宙ミッション計画：常時15回以上のミッションを含み、そのほとんどが5〜15年間継続
• 宇宙計器のキャリブレーション：安定した軌道に到達し、ミッションの信頼性の高いデータ伝送が正式に開始されるまで、打ち上げ後の宇宙船のパラメーターを調整するエンジニアを支援
• 宇宙データ処理：「公開」に備えて、データの処理、ソート、カタログ化、分析、および一般的なスクラビングを実施（数年かかる場合があります）
• 宇宙データ アーカイブ：30,000人の研究者や学者が、いつでもどこからでも宇宙図書館に24 / 7 / 365アクセスできるよう提供、保護

ユークリッドは当初、隣接する目標を持つ2つのミッションとして提案されました。これらを組み合わせることで、今日のESAは、より少ないリソースでより多くのことを行うというメリットを享受しています。また、ESAの分散型の性質が私たち全員にどのような利益をもたらすかを示す素晴らしい例でもあります。15か国を超える2,500人以上のエンジニアと科学者は、ユークリッド科学コンソーシアムの一部です。しかし、ユークリッドは、Rubenと彼のチームが直面している複雑さの完璧な例でもあります。多くの宇宙ミッションは、遠くの月を研究したり、地球の近くを通過する小惑星に着陸したりするなど、単一の焦点を持っています。逆に、ユークリッドのアジェンダは、天の川銀河の外にある何十億もの銀河系外の天体や恒星を調査し、世界で最も先進的な地上望遠鏡の4倍の解像度で調査するという、想像しうる限り最も広いものの一つです。

幸いなことに、前例があります。

この記事がオンラインに投稿される2025年にも、欧州宇宙機関の最も注目すべきミッションの1つが寿命を迎えます。故郷の惑星での季節の自然の移り変わりとともに、Gaia宇宙船は必然的に「パッシベーション」に入り、その時点で残りの内部エネルギー（未開発のバッテリー電力や未使用の推進剤など）が意図的に枯渇するためです。この宇宙船は、危険なスペースデブリとして将来の宇宙ミッションに脅威を与えないと国際協定が定めた軌道に入ります。宇宙船の設計とミッション範囲の最終段階では、Gaiaは公式に「記録簿」行きに指定されます。それは、天の川の銀河の最大かつ最も正確な3次元マップを作成するために10年以上を捧げた後、Gaiaはもはや宇宙との銀河間の対話においてアクティブな声ではなくなることをも意味します。しかしGaiaは、啓蒙し、鼓舞するという使命において、何と力強い声であることでしょう。

Ruben AlvarezとNetAppは、どちらも地球に縛られているにもかかわらず、比喩的には全行程に同行しています。

2013年に打ち上げられたGaiaは、天文学のさまざまな次元にわたる継続的な研究のために設計されました。私たちの銀河系内の恒星、系外惑星、およびそれらの隣人の属性を、相対的な位置、サイズ、色に基づいて測定します。もちろん、これよりもはるかに複雑ですが、その結果、恒星、惑星、彗星、小惑星、クエーサーなど、前例のない天体のカタログができあがります。しかも、そのすべてが3Dで表現されます。

当初、Gaiaは以前のミッションの100倍のデータを生成すると予想されていましたが、その希薄な期待の高度でさえ、Gaiaは達成者以上の存在であることを証明しています。天の川銀河のわずか1%、つまり私たちが故郷と呼ぶ銀河系にある1000億個の星のうち10億個をターゲットにしたGaiaは、最終的に約20億個の天体をマッピングし、約200TBのデータを記録しました。研究者や学者がいつの日かこのデータを活用できるようになります（マドリッドのGaia SOCが、Gaiaのような巨大なプロジェクトのミッション データを使用可能な状態にまとめるには数年かかります。Gaiaの最終的なカタログは2030年までに提供される予定です）。

それは、NetApp のインテリジェント インフラストラクチャ 7PiBs 上にあるバーチャル ライブラリに保存されている、同機関の過去の他のデータセットとともに追加されます。特に、スペインのSOCは、オールフラッシュ（AFF）とファブリック接続ストレージ（FAS）の組み合わせに依存しています。データのライフサイクル コストを最小限に抑えるために、RubenはFASを欧州宇宙機関の科学データ フットプリントのおよそ90％に使用しています。

NetApp AFF A150 オールフラッシュ アレイの利点  

• エントリレベルの価格でエンタープライズグレードのパフォーマンスを実現 
• 低レイテンシと高スループット 
• 高速データ アクセスとスケーラビリティの向上 
• 他のHDDよりも優れたパフォーマンス、信頼性、エネルギー効率を実現  

NetApp FASストレージのメリット  

• コールド データやサイバー保管庫のワークフローの階層化にかかるデータのライフサイクル コストを最小限に抑制 
• 急成長するSAN、NAS、オブジェクトのデータセットに対応する効率的なバックアップ 
• 容量とパフォーマンスをシームレスに拡張 

Space Data ArchiveのソフトウェアエンジニアであるRoberto Prieto氏は、「当社のNetApp AFFデバイスとFASデバイスが一体となって単一のクラスタを構築することで、あるシステムから別のシステムにデータ ボリュームをリアルタイムで移行できるようにしています」と述べています。マルチプロトコルFASサービスにより、SOCは、ネットワーク ファイル システム（NFS）機能、iSCSI（Internet Small Computer System Interface）、Fibre Channel Protocol（FCP）、またはS3オブジェクト ストレージを介したブロック レベルのアクセスを、サービスを提供する科学コミュニティに提供できます。Roberto氏はさらにこう続けます。「NetAppは、これまでで最も効率的で拡張性、柔軟性に優れたシステムの1つです。この20年間、ファイルを1つも失ったことはありません」。 

 何よりも（経済的、シンプル、セキュアであることは別として）、FASの拡張が容易である点が挙げられます。そして、それはビッグバンを研究しているときに意味があります。ガイアが天の川銀河の星の2%近くをマッピングした後、パッシベーションに入ると、ユークリッドはすでにより広い宇宙の36%以上をマッピングしています。1つの時代が終わると次の時代が始まりますが、NetAppのESAのデータストレージは、各科学ミッションのデータを安全に保管し、信頼性を高めています。Ruben氏は次のように述べます。「ミッションを成功させるために重要なポイントは、データインフラが柔軟で、データをアジャイルな方法で分散できることです。NetAppシステムは、その柔軟性と即応性をもたらしてくれています」。 

SOCのIT戦略の詳細を見てみれば、遠く離れた宇宙空間で稼働している機器から送信が届くたびにその量が増加しているなかで、文字通り情報宇宙の管理に内在する複雑さは明らかです。SOCは、特に宇宙ライブラリが維持しなければならない「開かれた扉」を考慮しながら、サイバーレジリエンスを中心に据えています。この領域におけるRubenの警戒心はいくら強調してもし過ぎることはありません。「私たちは、このミッションが生み出すデータを一般の人々に提供しなければなりません。同時に、私たちは自身とデータを保護する必要があります。これは終わりなきレースです」。データのバックアップとディザスタ リカバリのための冗長性も担当分野の一部です。これはきわめて技術的で、非常に迅速なものとなりますが、彼のツールボックスにある他のNetAppソリューションには、以下があります。

• NetApp^® Snapshot^™：アプリケーションの稼働中に貴重なデータを瞬時にコピー
• NetApp^® FlexClone^®：親ボリュームの書き込み可能なポイントインタイムコピー用
• NetApp^® ONTAP^® FlexGroup：メタデータの負荷が高いワークロードにおいて、予測可能な低レイテンシ パフォーマンスでほぼ無制限の容量を実現

こうしたテクノロジはすべて、業界をリードするユニファイド ストレージ向けオペレーティング システムであるNetApp^® ONTAP^®を介して統合され、サイエンス オペレーション センターのエコシステム全体で容量とパフォーマンスを最適化します。このシームレスな統合と管理の容易さこそが、Ruben氏が強調する点です。「当社はNetAppの信頼性と効率性を高く評価しています。彼らは本当に約束を果たしてくれました」。彼はまた、NetAppとの長年の関係の背後にはハードウェアとソフトウェア以上のものがあることを認識しており、「テクノロジー、人々、サポートなどの要因の組み合わせは、すべて過去20年以上の間に私たちにとって鍵でした」と話します。これこそが、NetAppがその一員であることを誇りに思う関係です。

宇宙そのものと同様に、European Space Agencyの多くの科学ミッションから得られたデータは、拡大と加速の両方を続けています。 

• BepiColomboは、2018年に打ち上げられたデュオ衛星ミッションで2026年に水星の軌道に入る予定
• Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) は、2031年に巨大ガス惑星の周りを周回する軌道投入に向けて順調に進行中

さらに15以上の科学ミッションがリストに連なり、Rubenと彼のチームは今日、明日、そして今後数十年にわたり、全人類のために（文字通り！）天文学的な仕事を続けていきます。その道のりにおいて、彼らは時々グラスを掲げ、1つのミッションが始まり、次のミッションが終了するたびに宇宙探査と天文学における重要な成果を祝います。

そんなお祝いの中には、宇宙データの新たなカタログが世界に向けて公開され、その登場を歓迎するものもあるでしょう。「本の発表」というイベントは、宇宙ライブラリを監督する図書館司書にとってはことさら忙しい時期です。棚にしまわれる前に、それぞれの書物に詰め込まれた新しい知識をデューイ十進分類システムに相当する独自のタグで厳密に管理するためです。ESAの「データ公開」の主な目的は、研究の科学的利益を最大化し、国際社会にデータを分析させることで、当初のミッションの目的をはるかに超えた発見を可能にすることです。

これは、ビッグ クエスチョンに答えるのに役立つ体系的かつ科学的なアプローチです。人類が、たとえ疑問を感じた当初にはまだ言葉にならなかったとしても全員が抱いている、すなわち我々はどこにいるのか？どうやってここまでたどり着いたのか？そして、どこへ向かっているのか？という問いです。Rubenは「子どもの頃からずっと宇宙に惹かれていました。毎晩、星でいっぱいの素晴らしい光景を眺めていました。そして疑問に思いました。星からの光が私の目に届くまでの道のりは、どれほどの距離だったんだろうか。ですから、さまざまなミッションで私たちが成し遂げてきた進歩を目撃し、それらが宇宙の理解にどのように貢献しているかを目の当たりにすることができて、私は今やっていることに満足しています」

いつの日か自分も宇宙に行くかと尋ねられ、Rubenは人類を月面へ往復させるための多面的な取り組みであるアルテミス計画について触れました。ESAは、NASAのアルテミス計画の主要なパートナーであり、ヨーロッパ サービス モジュールと月面ゲートウェイ モジュールを提供し、それぞれがOrion宇宙船での3週間のミッション中に4人の宇宙飛行士をサポートする上で重要な役割を果たしています。このミッションにはヨーロッパの宇宙飛行士も参加し、ヨーロッパの月探査の新たな章を刻む予定です。

その質問に対する答えはまだはっきりしないものの、Rubenは一呼吸置いてほほえみ、「これから面白い時代が来ると思います」と言いました。「これまで月面に降り立ったのはわずか12人です。数年後、何が起こるかを楽しみに待ちましょう」。