NASAのパーカー太陽探査機が太陽風の手​​がかりを発見

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パーカー太陽探査機は、太陽が粒子を時速 100 万マイルまで加速する仕組みについての洞察を NASA 研究者に提供しています。

ケネス・チャン著

科学者らは水曜日、シャワーヘッドからの水のように高速粒子が太陽から噴き出すと報告した。

2018年に打ち上げられ、現在太陽の外気、つまりコロナの測定値を収集するために急降下しているNASAの探査機であるパー​​カー宇宙探査機からのデータは、太陽が太陽風（100万マイルあたり）をどのように発生させるかについての手がかりを提供している。電子、陽子、その他の荷電粒子が太陽系の外に向かって勢いよく押し寄せる時間の流れ。

太陽風の研究は、長い間科学者を当惑させてきた謎と結びついています。温度が数百万度まで上昇するコロナは、比較的低温の華氏 10,000 度である太陽の表面よりもはるかに熱いのはなぜでしょうか。

パーカー探査機は、1958 年に太陽風の存在を初めて予測したシカゴ大学の天体物理学者、ユージン N. パーカーにちなんで名付けられました。

太陽には希薄なガスの大気があり、重力によって下に引っ張られる一方、太陽内の核融合反応によって発生する圧力によって上に押し上げられます。

全体として、力のバランスが取れているため、太陽は崩壊したり吹き飛ばされたりすることはありません。 しかし、力はどこでも完全に相殺されるわけではなく、パーカー博士の計算は、太陽が漏れやすい風船のようにどのように機能するかを示しています。

カリフォルニア大学バークレー校の物理学者スチュアート・ベイル氏は、「システムに十分な圧力をかければ、大気は逃げることができる。そして、逃げるにつれてエネルギーが増していく」と語った。

水曜日にネイチャー誌に掲載された論文の中で、太陽風中の電場と磁場を測定するパーカー太陽探査機の機器を率いるベイル博士とその同僚らは、太陽風の流れが高温ガスのパターンと一致すると報告した。太陽の中で上昇し、より冷たいガスが降下します。 この対流現象は雷雨で発生するものと本質的に同じもので、太陽の中で水素の上​​下の流れを生成します。また、雷雨が隣り合ったような流れのパターンは超粒状化として知られています。

荷電粒子の対流は変化する磁場を生成し、それらがスナップして再結合するまで広がり、コロナの加熱に寄与するエネルギーを放出します。 この再結合により、太陽風の粒子が加速されるようです。

太陽の以前の観測では、太陽風がコロナホールとして知られる領域、つまり磁場が太陽の別の点に回り込んで戻ってくるのではなく、宇宙のはるか外側に継続する領域から出ていることがすでに示されていた。

地球を取り囲む磁場と同様の形状の磁場を生成する単純な棒磁石を想像してください。 極では、磁場は真っ直ぐ上下に進みます。 それがコロナホールです。

太陽の静かな時期、つまり太陽活動は比較的穏やかな状態から非常に活発な状態まで 11 年周期で変化しますが、太陽の磁場はこの棒磁石の配置になります。 パーカー宇宙船が打ち上げられたとき、太陽は極小に近かった。

しかし、太陽がその周期の最大値に近づくにつれ、磁場の方向が逆転しようとするとき、磁場の構造はより複雑になり、より多くのコロナホールが出現します。

パーカー宇宙船の機器は、太陽風がコロナホール上で均一ではないことを検出しました。 その代わりに、粒子はシャワーヘッドからのジェットのような「マイクロストリーム」として現れました。

メリーランド大学物理学教授でネイチャー論文のもう一人の著者であるジェームズ・ドレイク氏は、宇宙探査機のセンサーは「太陽風が膨大な量の構造を持っていることを認識し始めた」と述べた。

マイクロストリームの周期的パターンは超造粒の周期的パターンと一致しており、太陽表面近くの磁気再結合が粒子の加速に重要な役割を果たしていることが示唆された。

「再接続の特徴をすべて理解することができました」とドレイク博士は語った。 「どの程度の暖房が行われているかを把握することができました。そして、どのくらいの暖房が行われているかを把握すると、風を起こすのに十分であることがわかりました。」

同氏は「これまではまったくなかった」と付け加えた。

アラバマ大学ハンツビルの宇宙プラズマ・航空研究センター所長ゲイリー・ザンク氏は、今回の新たな結果は「なぜ太陽コロナがコロナに比べて100万度も高いのかという謎を解く上で極めて重要な一歩だ」と述べた。非常に比較的冷たい表面です。」 ザンク博士はこの研究には関与していませんでしたが、ネイチャー編集者のために論文を査読する科学者の一人を務めました。

「それは基本的に、エネルギーの伝達がどのように起こるのかを理解し始めることができるメカニズムがここにあるということです」とザンク博士は述べた。

Kenneth Chang は 2000 年からタイムズ紙に勤務し、物理学、地質学、化学、惑星について執筆しています。 サイエンス ライターになる前は、大学院生としてカオスの制御に関する研究を行っていました。 @kchangnyt

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