ボイジャー2号は太陽の保護バブルのほぼ外側に到達

宇宙は広大ですが、完全に空っぽというわけではありません。よく観察すると、星々の間の隙間にさえ、高速で移動する粒子が張り巡らされていることに気が付きます。これらの粒子は、ほぼ光速で宇宙を飛び回った古代の大災害を生き延びたものです。

40年以上前に地球を離れ、外惑星の調査を行ったボイジャー2号宇宙船は、宇宙からの難民が5パーセント増加していることを最近検出したとNASAが発表した。新たな測定結果は、探査機が太陽の保護効果の端に近づいているという、長い間予想されていた兆候をもたらした。多くの研究者にとって、この境界は惑星間空間と恒星間空間の境界線を定義するものだ。この境界を越えることは、探査機の形状を決定するための貴重な2番目のデータポイントとなるが、探査機が太陽系を離れる正確な時期は不明である。

「ボイジャー2号の周囲の環境が変化していることは間違いありません」と、カリフォルニア工科大学のボイジャー計画科学者エド・ストーン氏はプレスリリースで述べた。「今後数か月で多くのことがわかるでしょうが、いつ太陽圏界面に到達するかはまだわかりません。まだそこには到達していません。これは自信を持って言えることです。」

この話は以前にも聞いたことがあるような気がするなら、それは実際に聞いたことがあるからだ。この宇宙船のより高速な兄弟機であるボイジャー1号は、2012年5月に、同様に星間宇宙線が増加したことを示すデータを送信した。太陽は光に加えて、荷電粒子のプラズマも全方向に放出している。封じ込めるには熱すぎるこの太陽風は、惑星を通り過ぎて外に流れ、星間粒子を押し戻し、研究者が太陽圏と呼ぶ泡を作り出す。3か月後の8月25日、ボイジャーの老朽化した機器は、太陽粒子の減少と星間粒子のさらなる増加を検出した。これは、ボイジャーがついに太陽圏を抜けたことを示す強力な証拠である。

多くの境界

太陽風の観点から見ると、太陽圏から出るということは太陽系から出ることを意味します。今後数か月から数年以内に、ボイジャー 2 号はボイジャー 1 号と合流し、星間の比較的静止した状態に存在する粒子と磁場を体験することになります。しかし、太陽風は太陽が影響を及ぼす唯一の方法ではありません。太陽系を、重力で太陽の周りを回っている岩石とガスの塊の集まりと考えると、両方のボイジャーが進むべき道はまだまだ長いです。

このような巨大な距離を視覚化する最も簡単な方法は、天文単位（AU）を使用することです。1 AU は太陽と地球の間の距離です。2 つの衛星は同じ方向に向かっているわけではありませんが、現在、ボイジャー 1 号は太陽から約 143 AU 離れており、ボイジャー 2 号はそれより遅れて 118 AU 離れています。これらの距離は、30 AU の海王星をはるかに超えることになりますが、さらに遠くにもたくさんのものが存在しています。たとえば、最近発見された「ゴブリン」の軌道は 2000 AU を貫通しており、オールトの雲として知られる氷の岩の集まりは、数万から数十万 AU 先まで広がっています。NASA は、ボイジャー探査機が約 2 万年後にこの領域から出てくると予想しています。

太陽の重力の仲間から脱出するという高いハードルはさておき、機能するボイジャー2号が恒星間空間でボイジャー1号と合流することは画期的な成果となるだろう。これほど遠く離れた機械と信号を交換するには膨大なリソースが必要であり、NASAは深宇宙ネットワークの貴重なリスニング時間を1日7～10時間費やして、ますます弱まるデータの受信に努めている。パイオニア10号探査機も境界付近にいるが、2003年に通信を停止している。合計5機の宇宙船が太陽から完全に脱出できる速度で移動しているが、そのうち2機は機能しておらず、3機目のニューホライズンズは数十年後に太陽圏を離れる前に電源を切る予定である。

漏れる風船

ボイジャー2号の原子力電源は2025年頃まで持続するはずで、おそらく星間空間のサンプルを採取するには十分な期間だろうが、そのデータがいつ届くかは誰にも分からない。ボイジャー1号は宇宙線の増加を記録してから3か月後に境界を越えたが、ボイジャー2号は太陽圏の別の部分に向かっており、太陽圏自体も急速に形を変える可能性がある。

「これらの境界は太陽活動とともに動いている可能性があり、その位置は実際にはわかりません」と、ボストン大学で太陽圏の形状を研究している天文学者、メラブ・オーファー氏は言う。太陽の11年周期で活動が活発な時期、つまり現在のような時期には、太陽は太陽圏を風船のように膨らませ、数年かけて境界を数AU押し出す。周期の後半では、太陽の活動が鈍くなり、太陽圏は収縮する。

太陽圏の形状も、その名前が示すほど均一ではないかもしれない。「一般的に、自然にはそれほど滑らかな境界はありません。問題は、どの程度凹凸があり、どの程度の規模であるかです」とオファー氏は言う。同氏の過去のシミュレーションでは、太陽圏は球体というよりは船の航跡のような形をしている可能性さえ示唆されている。

ボイジャー1号がその境界の一点に接近して観測した結果、多くの新事実が明らかになった。まず、太陽圏は物理学者が考えていたよりも漏れやすく、一部の領域では粒子の交換を可能にする磁気接続を備えている。ボイジャー1号はまた、境界を少し越えたところに驚くべき特徴があることも明らかにした。探査機は、太陽からの突然の物質噴出によって引き起こされた一連の外向きのパルスを「サーフィン」し、予想外に穏やかな星間物質の堆積を検出した。これは、太陽系が銀河系内を天文学者が考えていたほど激しく移動していないことを示唆している。オファー氏はボイジャー2号にさらに期待している。ボイジャー1号と異なり、ボイジャー2号には稼働中のプラズマ機器があり、境界と星間物質の両方について初めてのデータを記録できるはずだからだ。

ボイジャーの 2 つのデータ ポイントは、前例のないほど詳細なデータではあるものの、太陽の保護バブルの形状を確定するには不十分でしょう。研究者は、太陽圏の全体的な形状を遠隔調査するために、現在の IBEX ミッションと今後の IMAP ミッションのデータも必要とします。オファー氏は、このプロジェクトを、異なる視点を持つ複数の観測者の助けを借りて殺人事件の謎を解くことに例えています。「誰かが 1 つの部屋にある小さな道具をすべて手に取り、もう 1 人が家から遠く離れた場所で写真を撮りました」と彼女は言います。「2 人の協力を得て、太陽圏が何をしているかを再構築する必要があります。」

この局所的な謎を解くことは、宇宙的な影響を及ぼす可能性がある。天文学者は、他の恒星の周りの「アストロスフィア」も周囲の空間に波動を起こしているのを見ることができるが、そのプラズマは直接探査するにはまだまばらすぎる。太陽が私たちの周囲をどのように形作り、宇宙線から私たちを守っているのかを解明することは、同じプロセスが他の場所で起こっているのか、起こっているのかどうかを理解するための重要なステップとなるだろう。

「他の恒星系で生命がどのように発達するかを研究したいなら、他の天体圏がどのように振る舞うかを理解する必要があります」とオファー氏は言う。「まずは私たちの身近なところから始めましょう。」