何百人もの大学生が太陽に関する何世紀にもわたる謎の解明に協力している

1,000 人以上の天文学者と大学生からなるチームが、天文学の長年の謎の 1 つである「コロナと呼ばれる太陽の外層はなぜこれほど熱いのか」の解明に一歩近づきました。太陽の表面は華氏 10,000 度ですが、上空 1,000 マイルでは太陽のコロナのフレアは数百倍も熱くなります。これは、熱すぎるスペースヒーターから逃れるために部屋の反対側まで歩くようなものですが、予想に反して、ヒーターから遠く離れると涼しく感じるどころか、暖かく感じます。

研究チームは、太陽フレア（恒星の表面から大量の高温プラズマが噴出する現象）の数百回の観測データを用いて、太陽コロナを熱している原因を突き止めた。その結果は、5月9日付の天体物理学ジャーナル誌に掲載された。しかし、この結果の本当に驚くべき点は、その方法だ。コロラド大学で物理学の授業を受けている数百人の学部生の協力を得て、数年にわたって計5万6000時間もの膨大な作業時間を要したのだ。

ジョンズ・ホプキンス応用物理学研究所の研究科学者兼エンジニアである主執筆者のジェームズ・ポール・メイソン氏は、これを「三方良しのシナリオ」と呼んでいます。同氏はさらに、「私たちは膨大な知力を結集して実際の科学的課題に適用することができ、学生たちは科学的プロセスがどのようなものかを直接学ぶことができました」と付け加えています。

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この教室でのプロジェクトは、2020年にコロラド大学の物理学教授ヘザー・ルワンドウスキーが実験物理学の授業を担当していたときに始まった。しかし、COVID-19のパンデミックにより、授業は突然オンラインに切り替える必要に迫られ、特に実践的な科学コースにとってはかなり難しい課題となった。幸運なことに、メイソンは多くの人手を必要とする太陽フレアプロジェクトのアイデアを持っており、普段は量子力学のまったく異なるテーマを研究しているルワンドウスキーは、それを学生たちへのチャンスと捉えた。

「太陽のコロナが太陽の『表面』よりもずっと熱いのはなぜかという疑問は、太陽物理学における未解決の主要問題の一つです」とレワンドフスキは言う。コロナ加熱問題として知られるこのジレンマには、2つの主要な説明がある。1つの理論は、太陽の巨大な磁場の波がコロナに熱を押し込むと示唆している。もう1つの理論は、ナノフレアと呼ばれる目に見えない小さな太陽フレアが、大きなバーナー1本の代わりにマッチ1000本を使うのと同じようにコロナを加熱すると主張している。

ナノフレアは小さすぎて望遠鏡では発見できないが、他のもっと大きなフレアの大きさを研究することで、科学者はこうした小さな放射線バーストの発生頻度を推定できる。そして、人工知能は日々進歩しているが、自動プログラムではまだメイソンとレワンドウスキーが必要とするような分析はできない。レワンドウスキーのクラスの生徒グループはそれぞれ異なる太陽フレアのデータを使い、細かい詳細まで調べて、それぞれのフレアがコロナに放出するエネルギー量を測定した。その結果を総合すると、ナノフレアはコロナを私たちが目にするような異常な温度まで加熱するほど強力ではないかもしれないことが示唆される。

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しかし、科学的な結果はニュースの半分に過ぎません。レワンドウスキーとメイソンは、実際の研究を教室に持ち込む新しい方法を開発し、学生が科学について学ぶだけでなく、自分で行う方法を提供しました。この種の大規模な学生の研究活動は、生物学や化学ではより一般的ですが、物理学ではほとんど聞いたことがありませんでした。「学生たちは、文献レビュー、主任研究者との会議、提案段階、データ分析、分析のピアレビューなど、研究のあらゆる側面に参加しました」とレワンドウスキーは言います。多くの学生が参加し、グループで作業することは、「科学は本質的に共同作業である」ことを思い出させます、と彼女は付け加えます。

「私たちの取り組みがきっかけで、教授たちが授業でこれを試してくれることを願っています」とメイソン氏は言う。「彼らがどんな成果を上げられるか、とても楽しみです。」