ほぼ70年にわたり、太陽は天文学者たちに大きな謎を投げかけてきた。太陽の表面は摂氏約5,500度であるのに、その上には数百万度よりも熱い大気、つまりコロナがあるのはなぜだろうか?物理的には、一見、これは 50 度のホットプレートで水を沸騰させようとするのと同じくらい不可能に思えます。
コロラド州ボルダーの高高度天文台のスコット・マッキントッシュ率いる国際研究チームは、米国の宇宙望遠鏡太陽力学観測所（SDO）を使って、この謎をほぼ解明することができた。科学者たちは、高速でコロナに突入し、コロナを加熱する高エネルギー波を発見した。日本のひので太陽望遠鏡は、4 年前にこれらの波の証拠を発見しました。しかし、当時の天文学者は、そのエネルギー含有量が低すぎると考えていました。最新の発見にとって重要だったのは、SDO が 1000 キロメートル近くまでのはるかに小さな詳細を検出し、8 秒の時間分解能を備えていることです。
コロナが目の前に
マッキントッシュと彼の同僚は、極紫外線領域で太陽を観察しました。このような放射線は、摂氏 150,000 度以上の温度で大気中から放出されます。これは、太陽の表面から約 50,000 キロメートルの高度で発生します。そこで研究者らは、コロナへの移行領域とコロナそのものに着目した。
マッキントッシュのチームは、太陽の端にいわゆるスピキュールを観察しました。これらのたいまつのような構造物は太陽の表面から高速で飛び出し、約 20,000 キロメートルの高さに達します。研究者らは、スピキュール上のガスの移動がコロナまで続くことを実証した。
太陽の端では、次々に並んでいる多数の針片が観察されたという事実により、データ分析はさらに困難になりました。複雑な画像解析によってのみ、針片内およびその上のガス塊が最大毎秒 250 キロメートルの速度で正弦波の形で拡散することが示されました。エネルギー密度は平方メートルあたり 100 ～ 200 ワットです。コロナを熱くするには十分だ。
スウェーデンの物理学者ハンネス・アルフベンは、40 年前に高温ガスの中でこれらの波がどのように発生するかを説明しました。その原因は、太陽の表面のあらゆる場所で見られ、黒点で強化されるような磁場です。周囲のガスは非常に高温なのでイオン化しています。このプラズマでは、原子は 1 つ以上の電子を失っているため、正に帯電し、磁場によって運び去られます。太陽の表面の熱いガスは絶えず動いているため、磁力線はねじれ、はじかれた輪ゴムのように前後に踊ります。彼らはこの動きをプラズマに伝達し、観察されたアルフベン波の形でコロナに上昇する可能性があります。
これでようやくホットコロナという古い問題が解決するのでしょうか？カトレンブルク・リンダウのマックス・プランク太陽系研究所でコロナの三次元コンピュータモデリングに取り組んでいるハーディ・ピーター氏は、「イエスでもあり、ノーでもある」と言う。 「現在では、アルフベン波が一般に十分なエネルギーを提供することがわかっています。しかし、このエネルギーがどのようにしてセンチメートルやメートルのスケールでコロナプラズマに伝達されるのかはまだ不明です。」
世界中の研究グループが、これを説明することを目的とした物理モデルの開発に取り組んでいます。同様の現象が地球でも起こります。高エネルギーの波は海を何千キロも伝わり、その後海岸で津波として破壊的なエネルギーを突然放出します。
磁気短絡
アルフベン波の理論には別の問題があります。求められたエネルギー密度は、穏やかな太陽から吹き続ける穏やかな太陽風を説明するのに十分なだけです。しかし、放射線や粒子の激しい爆発が観測される活動領域も存在します。これを説明するには、アルフベン波に含まれるエネルギーの10倍のエネルギー値が必要です。太陽物理学者が長い間知っていた別の影響は、おそらくここで役割を果たしています、それは磁気短絡です。
磁力線がねじれると、より多くのエネルギーが蓄えられます。電圧が臨界値を超えると、逆に分極した磁力線が互いに接続する可能性があります。物理学者はこのプロセスを「再接続」と呼んでいます。磁場の一部が消滅し、磁場の中に蓄えられていたエネルギーが突然解放されます。帯電した粒子、電子と陽子は加速され、切断トーチの炎のように、コロナに最大 100,000 キロメートル飛び込み、コロナを加熱します。明らかに 2 つのプロセスがコロナの高温の原因となっており、どちらもその起源は太陽の磁場にあります。
太陽嵐の軌跡
磁力線の中には、弧を描いて非常に高いところまで上昇するものもあります。それに結合した血漿は突起として見ることができます。このような磁気バブルが上部で壊れると、力線が太陽系の奥深くまで伸び、粒子の流れがそれに沿って宇宙空間を飛び散ります。粒子嵐が地球に到達し、磁場を激しく揺るがすまでにかかる時間はわずか 1 日です。
昨年8月には、太陽から地球までの経路全体に沿って太陽嵐が観測されることが初めて可能となった。この目的のために、研究者らは地球から1億キロメートル以上離れたところに設置されたSTEREO-A宇宙望遠鏡を使用した。画像から作成されたフィルムには、巨大なプラズマ雲が高速で太陽を離れ、4日後に地球に衝突する様子が示されています。 「それを見たとき、私は自分がとても小さいと感じました」とボルダーのサウスウェスト研究所のクレイグ・デフォレスト氏は語った。
将来的には、この種の観測により、地球への太陽嵐の到来を高い精度で予測できるようになるでしょう。これは、たとえば、地球軌道上の貴重なデバイスのスイッチを一時的にオフにしたり、特に敏感なコンポーネントを保護するためにそれらを太陽風に変えるために、衛星運用者にとって重要です。 ■
トーマス・ビュールケ著
