なぜ太陽のコロナは表面より200倍も熱いのでしょうか？

太陽系の中で太陽の表面より高温になる場所はほとんどありません。しかし予想に反して、太陽の大気の最外層（コロナ）にあるプラズマの細い巻きひげは、太陽の表面よりはるかに高温です。

「太陽コロナが太陽の中心核から遠く離れているにもかかわらず、なぜこれほど高温なのかは非常に不可解です」とカリフォルニア大学バークレー校の宇宙科学研究者ジア・フアン氏は言う。

太陽の表面温度は華氏1万度前後に保たれているが、薄いコロナは華氏200万度まで熱くなることがある。この難問はコロナ加熱問題として知られており、天文学者は1800年代半ばからその解決に取り組んできた。

「簡単に言えば、この問題を解決すれば、太陽についてより深く理解できるでしょう」と黄氏は言う。太陽物理学の理解を深めることは、「人類を守るために宇宙天気を予測する上でも重要です」と黄氏は付け加える。さらに、太陽は探査機を送ることができる唯一の星であり、他の星は遠すぎる。「したがって、太陽を知ることは、宇宙の他の星を理解するのに役立つ可能性があります。」

コロナ加熱問題の簡単な歴史

1869 年の皆既日食 (太陽、月、地球が一直線に並び、太陽の光の大部分を遮る現象) の際、科学者たちはかすかなコロナを観測することができました。彼らの観測により、コロナの特徴が明らかになり、科学者たちはそれを新元素「コロニウム」の存在の証拠としました。60 年以上経って量子力学の理論が改良され、「新元素」は単なる鉄であることが明らかになりましたが、太陽の表面よりも高い温度に加熱されていました。

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1869 年の不可解な測定に対するこの新しい説明は、コロナの極端な温度の最初の証拠となり、プラズマがなぜそれほど高温になったのかを理解するための数十年にわたる研究のきっかけとなりました。この質問を別の言い方で表現すると、コロナのエネルギーはどこから来て、どうやってそこに到達するのか、となります。

「この問題がまだ解決されていないことは確かですが、多くの理論があり、天文学界全体がまだ熱心に取り組んでいます」と黄氏は言う。太陽のエ​​ネルギーがコロナを加熱する仕組みについては、現在、波の運動とナノフレアと呼ばれる爆発現象という2つの主な仮説がある。

理論1: アルヴェーン波

太陽の表面は、沸騰したお湯の鍋のように波立ち、泡立っている。プラズマが対流すると、高温の物質が上昇し、低温の物質が下降し、太陽の巨大な磁場が発生する。この磁場は、アルヴェン波と呼ばれる特殊な波として動き、揺れ動き、太陽表面上の陽子と電子を押しのける。アルヴェン波は既知の現象で、プラズマ物理学者は地球上での実験でもそれを目撃している。天文学者は、この現象によってかき回された荷電粒子がコロナにエネルギーを運び、コロナを衝撃的な温度に加熱するのではないかと考えている。

理論2: ナノフレア

もう 1 つの説明は、もう少しドラマチックで、太陽が巨大な輪ゴムを弾くようなものだ。太陽のプラズマが上層で回転して循環すると、恒星の磁力線が絡み合った乱雑な形にねじれる。やがて磁力線はそのストレスに耐えられなくなり、ねじれすぎると、磁気再結合と呼ばれる爆発的な現象で切れる。これにより荷電粒子が飛び散って加熱され、ナノフレアと呼ばれる現象が発生してコロナにエネルギーが運ばれる。天文学者は、最新の宇宙望遠鏡や衛星でナノフレアの例をいくつか観測している。

コロナ加熱の謎は続く

自然界ではよくあることだが、太陽は単にアルヴェーン波を発射したりナノフレアを発生させたりしているのではなく、おそらくその両方を行っていると思われる。天文学者たちは、これらの現象がどのくらいの頻度で起きるかを知らないだけだ。

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しかし、近いうちに簡単な答えが得られるかもしれない。2018年に打ち上げられたパーカー太陽探査機は、太陽に触れるというミッションを遂行しており、これまで以上に太陽に近づいている。現在はコロナの外側部分を飛行しており、極端な温度の原因となっている可能性のある粒子の動きを初めて間近で観察している。このミッションは既に太陽の大気圏を1度通過しており、今後数年間は周回を続け、科学者がコロナ加熱の問題を最終的に解決するのに役立つ重要な情報を提供する。

「今後10年間で大きな進歩を遂げることができると確信しています」と黄氏は言う。