太陽の磁場には「物質」が存在する。危険な場合がある。

太陽は、地球が結合したシステムの一部に過ぎないことを私たちに思い出させてくれます。太陽の紫外線は、私たちの肌や目を焼いたり、絶滅に追い込んだりすることもあります。日食の時には太陽の光が完全に消えることがあり、曲がりくねって絡み合った太陽フレアやプラズマに満ちたコロナ質量放出を私たちに投げつけます。太陽と私たちの宇宙的なつながりがあるにもかかわらず、この重要な星、特にその磁場については、解明すべき科学的謎がまだ数多く残っています。

「太陽は、我々と関係のない宇宙のどこかにただあるわけではありません」と、コロラド州にある国立科学財団国立大気研究センター（NCAR）の太陽物理学者サラ・ギブソン氏はポピュラーサイエンス誌に語る。「オーロラは、実際にその直接的なつながりを我々に示しています。我々は、光を通じて、そして究極的には磁場を通じて、太陽で起こっていることとつながっているのです。」

科学者たちは今回初めて、太陽のコロナ磁場をほぼ毎日測定しました。この重要な場所はこれまで不定期にしか観測されていませんでしたが、今回の新しい観測により、この太陽領域のより動的な様子が明らかになりました。これにより、地球上の基本的な技術に影響を与える可能性のある激しい太陽嵐の原因について、さらに詳しく知ることができます。この研究結果は、10月3日にサイエンス誌に掲載された研究論文で詳しく説明されています。

[関連:太陽のコロナはなぜ表面より200倍も熱いのか? ]

太陽の磁場とは何ですか?

太陽の磁場は、太陽嵐や太陽フレアの主な原因です。社会がテクノロジーにますます依存するようになるにつれ、この宇宙天気は電力網、通信システム、GPS や衛星などの宇宙技術に脅威をもたらします。

「私たちは宇宙天気を理解する必要があります。宇宙天気を予測する必要があります。私たちの知識の大きなギャップは、太陽の大気、コロナの磁場の測定がされていないことです」と、この新しい研究の共著者であるギブソン氏は言います。「それは日食のときに見える部分です。磁場は大気の形を制御し、プラズマ、つまり「物質」がどこにあるかを制御します。」

この領域の磁気を測定するには通常、コロナのごく一部しか研究できない大型で高価な装置が必要です。しかし、コロナ地震学と新しい観測方法を組み合わせることで、研究者は地球全体のコロナの磁場について一貫性のある包括的な見解を出すことができるようになりました。

「太陽研究において、コロナ磁場の地球規模のマッピングはこれまで大きな欠落部分となっていた」と、中国北京大学の研究共著者でNCARのポスドク研究員である楊子豪氏は声明で述べた。「この研究は、地球に影響を与える嵐のエネルギー源であるコロナ磁場に関する理解の重大なギャップを埋めるのに役立っています。」

二つの楽器の物語

科学者たちは、太陽の表面にある光球と呼ばれる磁場を日常的に測定することができている。しかし、はるかに暗いコロナの磁場を測定することはより困難であり、コロナの磁場の三次元構造と進化についてのより深い理解を制限している。

NSF のダニエル・K・イノウエ太陽望遠鏡 (DKIST) のような大型望遠鏡は、コロナ磁場を 3 次元で深度にわたって測定できます。直径 13 フィートの巨大な開口部を持つ DKIST は、世界最大の太陽望遠鏡です。最近、コロナ磁場の詳細な観測ができることが実証されました。ただし、DKIST では太陽全体を一度にマッピングすることはできません。

[関連:迫力あるクローズアップ画像で太陽表面の熱いプラズマバブルをご覧ください。]

より総合的なマッピングを実現するために、研究チームは改良型コロナマルチチャンネル偏光計 (UCoMP) に目を向けました。UCoMP は科学者にコロナ磁場のより全体的な画像を提供するのに適していますが、解像度は低く、2 次元投影になります。

UCoMP は日食のように太陽の一部を遮ることができます。コロナグラフと呼ばれる円盤を使用して、科学者が太陽の大気を測定できるようにします。UCoMP の開口部は DKIST に比べてはるかに小さく (約 7 インチ) なっていますが、より広い視野をとることができ、科学者はほとんどの日に太陽全体を研究することができます。

研究チームはコロナ地震学と呼ばれる手法を適用し、UCoMP データ内の磁気流体力学 (MHD) 横波を追跡しました。MHD 波から、コロナ磁場の強度と方向の 2 次元マップを作成することができました。

UCoMPの研究期間中、研究チームは2022年2月から10月の間に、ほぼ1日おきに1枚のペースで114枚の磁場マップを作成した。

「我々はコロナ磁場を日常的に測定できる太陽物理学研究の新時代に入りつつある」とヤン氏は語った。

DKIST と UCoMP の測定結果を併用すると、コロナ磁場のより総合的な観察が可能になります。

全体像を把握する

この研究方法により、太陽の極域におけるコロナ磁場の初めての測定も行われました。極域付近の太陽は曲線を描いているため、地球からは太陽を観測できないため、これまで直接観測されたことはありませんでした。

研究チームは太陽の極を直接観察しなかったものの、初めてそこから放射される磁気の測定を行った。UCoMP によって提供されたデータ品質の向上と太陽が太陽活動極大期に近づいたことにより、この初めての測定が可能になった。極域からの通常は弱い放射がはるかに強くなり、極域のコロナ磁場の結果を得るのが容易になった。

[関連: NASA が捉えた珍しい 4 重太陽フレア現象]

研究チームは磁場の研究を続け、具体的には磁場の3次元を捉えることになります。3Dビューの取得は、太陽の爆発に至るまでのコロナのエネルギー化を理解する上で特に重要です。

「地球全体のコロナ磁場を観測したのは初めてだが、まだ3Dの物体の2Dバージョンを見ているようなものだ」とギブソン氏は言う。

最終的には、太陽の爆発の背後にある 3 次元のねじれをすべて測定するには、大型の望遠鏡と地球全体の視野の組み合わせが必要になります。提案されているコロナ太陽磁気観測所 (COSMO) は、直径約 5 フィートの太陽屈折望遠鏡で、現在、最終的な設計検討が行われています。