NASAの太陽探査機が太陽に接近し、驚くべき成果を明らかに

空には星が満ち溢れているが、手の届く範囲にあるのはたったひとつだけだ。太陽はどんなに近くにあるとはいえ、地球からは解けない謎がたくさんある。日食のときに太陽光に現れる奇妙なパターンは、太陽の大気圏の最外層であるコロナが、なぜか太陽表面より数百倍も高温で燃えていることを示唆している。また、研究者は地球上で太陽風（太陽から放出される荷電粒子の流れ）の匂いをかぐことができるが、それが地球を通り過ぎるまでに貴重なデータの多くが洗い流されてしまう。太陽のすぐ近くから測定を行うことは、この巨大な燃えるガスの球を理解するためのより良い方法だ。

NASAのパーカー・ソーラー・プローブが昨年、太陽にどんどん近づいてきたのはそのためだ。最初の2回の通過で、コロナの極度の熱と太陽風の起源の両方を説明するのに役立つかもしれない新たな特徴に遭遇したと、研究者らは水曜日、ネイチャー誌に4回にわたって発表した。人類にとって初めての恒星環境への接近が続く中、さらなる観測により、太陽の天候が地球にどう影響するか、またすべての恒星がどのように老化し、死んでいくかをより深く理解するのに役立つだろう。

「発生源に直接行く必要があった」と、NASA太陽物理学部門のニコラ・フォックス部長は水曜日の記者会見で語った。

2018年11月と今年4月、パーカーは2回の周回で、これまでのどの探査機よりも太陽に近づいた。太陽に向かって急降下し、後ろを回りながら、探査機は太陽の表面から約1500万マイルに到達した。これは太陽と地球の距離の約6倍にあたる。急降下の最短時間では、探査機は太陽の自転速度に合わせ、事実上表面上に浮かんでいた。「私たちはただその上に留まり、太陽のその部分が私たちを洗い流すのを待つだけです」と、太陽風を測定するパーカーの機器スイートの1つで科学運用責任者を務めるケリー・コレック氏は言う。

太陽の磁場と太陽風は、近くで見ると、地球上で研究者が測定できるものよりはるかに強力で、パーカー氏には未知の環境を探索する機会を与えてくれる。コレック氏は、この探査機が強い磁場の中で体験する体験を、海に入るダイバーの体験に例える。「まるで水中に潜るようなものです」と彼女は言う。「音が違って聞こえますし、物理的影響も異なります。」

特に驚きだったのは、2つの特徴だ。1つ目は、研究者が磁場の「異常波」と呼んでいるもので、パーカー氏は、宇宙船の上を通過する際に数秒から数分間続く強度の急上昇と方向の反転としてそれを記録した。この現象は、その説明で1970年のノーベル物理学賞を受賞したスウェーデンのプラズマ物理学者ハンネス・アルヴェンにちなんでアルヴェン波と名付けられ、地球からも観測されていたが、これほどの強さで観測されたことはなかった。

研究者たちは、磁場の特徴を形作る電子の動きを観察することで、これらの波が太陽から外へ向かって轟音をたてて押し寄せる津波を表していることを確認した。パーカーは、太陽に最も接近した11日間の間に、1,000個もの電子が太陽を通り過ぎるのを目撃した。電子の予想外のエネルギーは、電子がコロナの特異な加熱に何らかの役割を果たしている可能性があるという考えを予備的に裏付けるものだ。「これは素晴らしいもので、何か根本的なことを教えてくれると確信しています」と、磁場の測定を担当する機器一式の主任研究者、スチュアート・ベール氏は記者会見で述べた。

コレック氏によると、次のステップは、太陽活動が活発になり、太陽が接近する間に異常波を監視することだという。そうすれば、研究者は異常波が本当にコロナ全体にエネルギーを与えるほどの力を持っているかどうかを計算できる。「それには何年もかかるでしょう」とコレック氏は言う。

パーカーが宇宙船を揺さぶる太陽風の速度と方向を計測したとき、もうひとつの驚きが起きた。天体物理学者たちは、太陽から35～50太陽半径というこの距離では、風は真っ直ぐ外側に吹いてくるだろうと予想していた。しかし、彼らは、風が時速10万マイル以上で横に吹いていることを発見した。おそらく、太陽の自転がジェット気流を引きずっているためだろう。研究者たちは、太陽の自転と同期しているコロナでは風が横に吹くことはわかっていた。しかし、コロナの端はパーカーの前方、太陽から10～30太陽半径のどこかにある。

太陽風を斜めに引っ張っている磁気摩擦の種類を解明することは、太陽だけでなく、星全体の将来を理解する鍵となるでしょう。星の回転速度は、磁場が流出する太陽風と擦れ合い、回転エネルギーを失うため、時間の経過とともに遅くなります。したがって、太陽と磁場のつながりが強くなると、この「スピンダウン」プロセスが予想よりも早く進行する可能性があることが示唆されます。

太陽風が太陽から鋭い角度で吹き飛ばされることが分かれば、太陽フレアやプラズマ噴出による強力なエネルギーの塊が地球に到達し、衛星に損傷を与えたり停電を引き起こしたりする時期を予測する能力も向上する。太陽風を測定する機器でコレック氏と共同研究しているジャスティン・カスパー氏は記者会見で、「これはすでに宇宙天気予報を改善する方法を示しています」と述べた。

この新しい研究には、太陽の周囲に長い間理論化されてきた無塵地帯の存在や、地球からは見えないほど小さな磁場構造や太陽風など、さまざまな結果が含まれている。研究者らは、このデータはほんの始まりに過ぎないと強調している。今後 6 年間で、パーカーは金星とのさらなる遭遇を利用して太陽にどんどん近づき、最終的にはコロナ自体を貫通して太陽の最も神秘的な層を直接観察することになる。幸い、太陽物理学者たちは忍耐強いことに慣れている。

「これらの謎を解明するために私たちは何十年も待ち続けてきました。謎の中には何百年も前から存在しているものもあります」とフォックス氏は語った。「私たちは、この大胆なミッションを実際に実行し、これらの観察を行えるよう、技術が成熟するのを待ち続けてきました。」