概要
ワシントン カーネギー協会は、隕石内に閉じ込められたちりの粒子を解析するためにビジュアルニューメリックスのPV-WAVEを利用しています。この研究により、星が形成される過程が明らかになります。PV-WAVEは、優れた解析機能や可視化機能を備えているので、複数の異なるプロジェクトでもPV-WAVEが利用されています。

課題
次のミレニアムを開く科学研究の多くは、Lockhead Martin社のような業界の大企業か、あるいは国防省のような政府機関によって行われています。しかし、大学やNPO（非営利団体）も重要な役割を果たしています。そのような団体の1つに、ワシントン カーネギー協会があります。

カーネギー協会の本部は、ワシントンD.C.にあり、生物、天文、地球科学の分野で基礎研究や高等教育を実施しています。同協会は1902年にアンドリュー・カーネギーによって設立され、1904年の法律によって法人化されました。カーネギーは最初の寄付金として1000万ドルを提供し、後に数百万ドルを追加しています。氏は協会の目的について、「研究、調査、発見を広く公平に促進し、得られた知識を人類の発展のために応用する」こととしています。

カーネギー協会はその設立当初より、受託者および職員が科学の発展においてきわめて重要だと考える分野においてはパイオニア的な研究機関です。その資金は、主に協会内の研究部門の調査をサポートするために使用されています。基礎研究は傑出した若い学者の成長と密接に関係しているとの認識に基づき、協会は院生ないしポスドク・レベルの高等教育プログラムを実施しています。またワシントンＤＣにおいて小学校の教師や子どもたち向けのプログラムも行っています。

協会は、地磁気科、地球物理研究所、発生学科、植物生物学科、天文台の5つの科学部門を運営しています。スターウォーズやスタートレックなどの人気映画に魅せられた世界中の多くの人々には、おそらく地磁気科（DTM）が上記5部門で最も理解しやすいでしょう。DTMの科学者たちは、いくつかの学問分野の展望を、自然に対する主な疑問に向けています。この部門の名前は、もともとここが地球の磁場を図示する役割を持っていた点に由来します。その目標は1929年にほぼ達成されました。それ以降、DTMは地球や惑星、そして宇宙科学が学際的な性質を強めている状況に対応して発展してきました。地磁気科の目標は、今日でも創設当初と変わっていません。それは、物理的な地球と宇宙におけるその役割の理解を促進するような科学研究を行うことです。

Larry R. Nittler氏はDTMのポスドク研究員で、協会に勤めるようになって2年以上が経ちました。彼は天体物理と宇宙化学の基礎的な科学研究を行っています。「いま一番関心をもっているのは、隕石に含まれるプレソーラーグレインと、少量試料の同位体分析とマッピングを行うための新技術の開発です」

隕石は、地質学的にとくに貴重な標本です。それは、有人・無人の探査機でもまだ入手できていない惑星（多くは小惑星）の標本であるからです。小惑星は、地球などの大きな惑星に比べて溶解などの地質学的過程の影響がずっと少ないため、きわめて初期の太陽系における状態が保存されています。このように、隕石は科学的資源として、内側の太陽系に散らばる惑星物質の小天体の正体を垣間見せてくれます。

最古の隕石標本は、およそ46億年前に太陽系が誕生したときに発生した、まさに最初の地質学的過程の名残です（太陽系の起源は、ビッグバンとしてよく知られている宇宙の起源とは異なります。ビッグバンは、90億年前から場合によっては200億年前の間に発生したと考えられています）。太陽系は、星間塵や星間ガスがみずからの重力で集合し、雲状に集まることで形成されました。その雲はゆっくりと回転していたため、ほとんど平らな回転円盤となり、こんにち星雲と呼ばれるもののようになりました。円盤中のチリやガスの多くは星雲の中心に集まり、それが星の素となる成長部分に供給され、最終的に太陽となりました。

太陽系が形成される過程では、太陽を生んだ星間雲に以前から存在していたチリは加熱されて蒸発します。しかし、もともとのチリの粒子（プレソーラーグレイン）のいくつかは隕石のなかに保護され、太陽系の形成過程を生き延びることが知られています。ある種の隕石を破壊し、それを強酸に溶解すると、こうしたプレソーラーグレインが分離できます。

プレソーラーグレインは文字どおり星の小片であり、研究室での調査が可能です。これは、数十億年前、まだ太陽系が形成される前に星からの流出物（たとえば赤色巨星や超新星の爆発など）に含まれる気相が冷却・凝縮してできたものです。グレインの原子は親の星に存在した原子であるため、科学者たちはこのチリを研究することで、星の内部と星間物質中で起きた過程を調べることができます。このように、プレソーラーグレインの発見によって本質的に新しい天文学が開かれ、研究室用のミクロ分析機器が望遠鏡に取って代わるようになります。

ソリューション
プレソーラーグレインについてミクロ分析を行うため、Nittler氏はSIMS（二次イオン質量分析法）という方法を用いています。これは、きわめて小量の物質について化学組成と同位体組成を正確に測定するための技術です。しかし、所望の結果をSIMSで得るには、研究所のツールボックスに画像処理の要素を追加する必要がありました。この条件を満たすため、Nittler氏はビジュアルニューメリックスのPV-WAVEを選びました。

PV-WAVEは、配列指向の第4世代プログラミング言語（4GL）です。これは、技術者、科学者、ビジネスアナリスト、ソフト開発者などが可視化データ解析（VDA）アプリケーションを容易に開発・展開するために使用しています。そうしたアプリケーションを使用することで、ユーザーは複雑または巨大な技術データベースを可視化・操作し、パターン、トレンド、異常などの重要な情報を発見および表示できるようになります。PV-WAVEには、IMSL数値計算・統計解析ライブラリの数学・統計ルーチンをはじめ、画像処理、信号処理、マッピング、および基本的なデータ処理の機能が備わっています。

「私は、協会のさまざまなプロジェクトでPV-WAVEを使用しています。いずれもSIMSに関するものです。私は、微粒子をSIMS機器を使って自動測定する新しいシステムを開発しました。このシステムはSun Microsystemsのワークステーション上で動作し、装置によって分散した粒子の画像が生成されます。そして画像中の粒の座標をPV-WAVEによって自動的に決めるのです。粒子が見つかると、その同位体組成と化学組成を分析します。このシステムによって、科学的にたいへん興味深い珍しいタイプのプレソーラーグレインの位置が、効果的に特定されます」、とNittler氏は言います。

Nittler氏は別のプロジェクトでもSIMSを使用し、上層大気から収集したすい星のチリ粒子や化石といった天然試料について、きわめて微小な同位体の変化を調べています。「このプロジェクトでは、種々の同位体について空間分解能の高い画像を得、PV-WAVEを使って画像処理を行っています。特に私が開発したPV-WAVEアプリケーションにより、イオンのイメージをインタラクティブに表示しながら、撮影した試料のさまざまな部分について同位体比を定量測定しています」

投資対効果（ROI）
Nittler氏が画像処理の需要に合うようPV-WAVEを選んだ理由は、大学院にいたときに「かなり使いこなした」ことがあるからです。そのうえ、このソフトの画像およびデータ処理ルーチンやプログラミングの簡単さ、さらにはプロセス間通信の機能が気に入っているからです。またビジュアルニューメリックスのサービスおよびテクニカルサポートにも「とても満足」しており、PV-WAVEのマニュアル冊子とオンラインヘルプも優れているとコメントしています。