太陽コロナに突入！　NASA探査機「パーカー・ソーラー・プローブ」が見た世界

「スイッチバックス」の起源を解明

パーカーはまた、コロナの中を通過する前に、もうひとつ大きな発見を成し遂げた。

ことの起こりは1990年代、NASAと欧州宇宙機関(ESA)が共同で運用した太陽探査機「ユリシーズ」が、太陽風の磁力線の向きが、数秒から数分間にわたって逆転し、S字型になっていることを発見した。これは「スイッチバックス(switchbacks)」と呼ばれ、この当時は(ユリシーズが太陽の極軌道を回る探査機だったこともあり)太陽の極域だけで見られる現象だと考えられていた。

しかし、2018年からのパーカーの探査により、このスイッチバックスは極域に限らず、どこを流れる太陽風でも一般的に見られるものであることが判明した。そして新たな疑問として、このスイッチバックスはどこから来ているものなのか、太陽の表面で作られるのか、それともコロナで磁場が歪む過程で形成されたのか、といった謎が浮上した。

そこで科学者チームは、パーカーが2020年9月27日に6回目の太陽フライバイを行い、25太陽半径を下回る近さにまで近づいたときのデータを分析。その結果、スイッチバックスはパッチ状に発生し、そこに含まれる元素の中でヘリウムの割合がとくに高いことがわかった。ヘリウムは太陽の光球から来ることが知られている。

さらに、このパッチ状の形状は、太陽表面に現れる「超粒状斑 (supergranules)」と呼ばれる、光球の対流セル構造の間から現れる漏斗状の磁気構造と同一直線上にあることがわかったとしている。

以上から、スイッチバックスの起源は太陽の光球であり、さらに超粒状斑から生じていることまで絞り込まれた。

今回の論文の筆頭筆者の、カリフォルニア大学バークレー校のスチュアート・ベイル(Stuart Bale)氏は「スイッチバックスのある領域の構造は、コロナの底部にある小さな磁気の漏斗状構造と一致します。いくつかの理論から予想されていたことですが、パーカーによる探査により、ついにその源をピンポイントで特定したのです」と語っている。

ただ、今回の発見によってスイッチバックスがどこで作られるかをは特定できたものの、それがどのように形成されるかはまだ謎のまま残っている。ある説では、海が波打つように、プラズマの波によって形成されるのではないかとされていたり、あるいは磁気の漏斗状構造が集まる境界で発生すると考えられている「磁気リコネクション」と呼ばれる爆発的な現象によって形成されるという説もある。

ベイル氏は「私の直感では、パーカーが今後、より太陽に近づくことによって、漏斗状の磁気がどのようにスイッチバックスと結びついているのかについてもっと知ることができると思います。そして、どのようなプロセスで漏斗状の磁気構造が作られるのかという疑問が解決されることを期待しています」と語る。

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  太陽風の磁力線がジグザグになる「スイッチバックス」と呼ばれる現象を描いた想像図 (C) NASA's Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Adriana Manrique Gutierrez

太陽にも、謎の解明にも、さらに近づく

NASAはまた、パーカーがより太陽の近くを通過することで、スイッチバックスだけでなく、その他の太陽現象についてもさらに多くの手がかりが得られるかもしれないと期待している。

たとえば、コロナは太陽表面から数千kmも離れているのにもかかわらず、太陽表面よりも100～300倍も高温――光球の温度は約6000℃しかないにもかかわらず、コロナの温度は100万～200万℃にもなっている。どのようなメカニズムで、コロナはこれほど高温になっているのかは長年の謎であり、「太陽コロナ加熱問題」と呼ばれている。

また、太陽風がどのように生み出されているのか、そしてどのようにして猛スピードで飛べるほどのエネルギーを得ているのかも、まだ完全にはわかっていない。

こうした謎を解明することは、ただ単に科学的な成果となるだけでなく、地球の通信を中断させたり、人工衛星に損害を与えたりするような異常な「宇宙天気」を理解し、そして予測するためにも非常に重要となっている。

パーカー計画の責任者を務めるジョセフ・スミス(Joseph Smith)氏は、「我々の高度な技術により、パーカーをこれまでのどんな探査機よりも太陽に近づけることに成功しました。その結果、このような素晴らしい科学的成果を還元できることは、本当に喜ばしいことです」と述べる。

「これからの数年で、さらに太陽に近づくことで、どんな発見がもたらされるのか楽しみです」。

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  太陽に接近するパーカー・ソーラー・プローブの想像図 (C) NASA's Goddard Space Flight Center/JHU Applied Physics Laboratory

参考文献

・NASA Enters the Solar Atmosphere for the First Time | NASA
・Parker Solar Probe | NASA
・Switchbacks Science: Explaining Parker Solar Probe’s Magnetic Puzzle | NASA
・The Heliopedia | NASA
・Parker Solar Probe: The Mission