太陽系の端に近づくボイジャー探査機が磁気泡の泡海を発見

科学者たちは何十年もの間、太陽系の端にはかなり明確な境界があると信じてきた。太陽が、きらめく空の他の部分よりもわずかに明るく見える領域だ。しかし、人類がこれまでで最も多く航行した宇宙船、ボイジャー探査機が暗闇の中を航行する中で、その境界線が決して明確ではないことを知った。太陽系の端は、決して滑らかな端ではなく、渦巻く磁気泡の荒れ狂う堀なのかもしれない。

地球に向かって流れてくる星間宇宙線は、この堀に閉じ込められ、泡の中で渦を巻き、過充電された磁力線に乗って太陽、そして地球に向かって猛スピードで飛んでくる。言い換えれば、太陽の巨大な防御シールドはシールドではなく、科学者が考えていたよりも簡単に破られる透過性の膜なのかもしれない。

太陽の保護カバーに関する理論の見直しとともに、科学者は宇宙線そのものに関する定説も見直す必要があるかもしれない。もし堀が侵入する宇宙線の数に影響するなら、宇宙線の数は私たちが考えていたよりも多いか少ないかもしれない。これは、初期の天の川銀河や、星が銀河の他の部分とどのように相互作用するかについての私たちの理解を変える可能性がある。宇宙線を理解することは惑星間ミッションにとって極めて重要になるだろう。なぜなら、低エネルギー放射線は地球の保護磁場の外に出た宇宙飛行士に危害を加える可能性があるからだ。

「太陽圏は銀河宇宙線が地球に侵入する窓です」と、ボイジャーの最新データを分析したボストン大学の天文学助教授、メラブ・オーファー氏は言う。「地球では厚い大気に守られているので、その心配はありません。しかし、宇宙飛行士として火星に向かうなら、太陽圏の荷電粒子を本当に気にしなければなりません。」

ここで少し背景を説明します。太陽圏は太陽系全体を包み込む荷電粒子の泡で、銀河宇宙線や星間風の侵入から太陽系を守っています。星間風は数百万年前の超新星爆発の残骸である高速粒子で構成されており、その圧力が太陽圏の大きさを決定します。太陽の磁場も影響を与えます。

磁場は北極と南極で反対方向に回転し、2 つの回転が交わる部分にねじれたシートを形成します。ボイジャーが現在いる太陽から数十億マイル離れた場所では、シートが密集し始めます。新しいデータと新しいモデルは、このねじれた領域で磁力線が交差して再結合し (ちなみに、これは太陽フレアの根底にあるプロセスと同じです)、磁場が再編成されて、直径 1 億マイルの磁気バブルに飛び出すことを示しています。

泡は泡沫を形成し、「非常に攪拌されたジャグジー」のようになるとオーファー氏は述べた。

泡は、より広い磁場から切り離されています。荷電粒子と宇宙線は、太陽につながる磁力線に到達するために、泡から脱出する必要があります。

「高速道路に入ってすぐに太陽に向かって逃げていくのとよく似ている」とオファー氏は言う。

なぜこれが重要なのか？ オーファー氏らは木曜日の記者会見で、泡は太陽と銀河の残りの部分との相互作用に関する異なる理論を表していると説明した。

「宇宙線が太陽圏の外側、つまり星間空間からどのように太陽圏に入ってくるのかという私たちの理解が変わる」と、50年前に初めてねじれ磁場理論を提唱したシカゴ大学名誉物理学教授ユージン・パーカー氏は言う。「太陽風が宇宙線を押し戻すが、押し戻す量についての私たちの推定を修正する必要がある」

泡理論は新しいコンピューターモデルと最新のデータから生まれたもので、物理学者たちは今もその解明に取り組んでいる。ボイジャーは古くなってきており、打ち上げから34年が経ち、搭載機器は1960年代後半から1970年代前半に設計されたため、最新鋭とは言えない。物理学者たちは、泡が本物であることを確かめるために、より感度の高い機器を搭載した新しい宇宙船でより多くの測定をすることを望んでいる。

奇妙ではあるが、これらはボイジャー探査機による一連の奇妙な結果の最新のものにすぎない。昨年、ボイジャー1号は太陽風がゼロであることを示唆する信号を拾った。探査機はすでに太陽風が超音速から減速する地点である終端衝撃波を通過していたが（ここで聞くことができる）、これは奇妙な結果だった。太陽風が突然弱まる原因は何だろうか？カリフォルニア州パサデナのカリフォルニア工科大学に拠点を置くボイジャープロジェクト科学者、エド・ストーン氏は、科学者たちは太陽風が星間風の圧力によって曲がり角を曲がったのではないかと推測している。これも予想外だったと同氏は語った。

ヘリオポーズと呼ばれる境界では、太陽の磁気の影響が完全になくなり、境界を越えて真の恒星間空間に入る。ボイジャー1号がいつその境界に到達するかは誰にもわからないが、オファー氏とストーン氏は、今後4年以内にそうなる可能性があると述べている。

バブルによって、そのゾーンがどのようなものになるかについての全員の期待が変わったとオファー氏は語った。

「ヘリオポーズは盾ではなく、むしろ指やくぼみのある多孔質の膜のようなものです」と彼女は言う。「私たちは、ヘリオポーズがまだら状で乱流状態にあると推測しています。」

ボイジャー1号と2号は放射性同位元素熱電発電機で駆動しており、少なくともあと5年間は稼働できるだけの電力を備えているとNASA太陽物理学部門のボイジャー計画科学者、アリック・ポスナー氏は述べた。

人生の前半で前例のないほど詳細に太陽系を探索してきた彼らの仕事は、まだ始まったばかりのようだ。