ソーラー・オービターが太陽磁場スイッチバックを世界で初めて撮影

Credit: ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI & Metis Teams and D. Telloni et al. (2022)

2022年3月25日、ESA/NASAの太陽探査機「ソーラー・オービター」は太陽に接近し、フライバイの準備に入った。その時、探査機が外気を調査できるように太陽を遮断する METISコロナグラフ装置は、何か奇妙なものの画像を記録した。太陽から流れるプラズマの小さな領域に、歪んだS字型の「くびれ」ができていたのだ。それは太陽磁場の謎の反転現象(スイッチバック)だった。

このようなスイッチバックは未知のものではない。1970年代のヘリオス1号、2号、1990年代のユリシーズなど、他の探査機もこのような奇妙な現象を発見している。しかし、何がこのような奇妙なねじれの原因となるのか、人々はよく分かっていなかった。しかし、今回の観測でそれが変わった。ソーラー・オービターの画像のおかげで、科学者はスイッチバックの原因についてより良い考えを持つことができたのだ。また、METISと探査機の紫外線観測装置から得られたデータは、これらの現象が太陽風にどのような影響を与えるかを太陽物理学者が理解するのに役立つかもしれない。

磁気を帯びた星

太陽はプラズマが沸騰する活発な釜のような天体だ。磁力線は太陽表面の活動領域から出入りし、その活動に寄与している。太陽の近く、特に活動領域の上空では、磁力線は開いたり閉じたりしている。閉じたものは磁気のループで、太陽大気に向かってアーチ状に伸びている。プラズマはこの磁力線に沿って流れる。やがて磁力線はカーブを描き、太陽の中に戻っていく。閉じた磁力線は、プラズマが宇宙空間にほとんど流出しない。そのため、太陽風の速度は遅くなりがちだ。一方、開磁力線はその逆となる。活動領域から流れ出て、惑星間磁場に接続する。つまり、磁力線はプラズマを宇宙空間に送り出す磁力線となり、高速の太陽風を発生させるのだ。

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Gary Zank教授が2020年に提唱した太陽磁場スイッチバックの理論的メカニズム。ある活動領域(a)では、大気中にアーチ状に広がる開放線があり、プラズマを宇宙空間へ運び出す。一方、(b)の活動領域では、閉じた線が上下にアーチ状に伸びています。この線が互いにつながると、スイッチバックが起こり、エネルギーが放出され、「くの字」になる。(Credits:Zank, et al.)

太陽磁気のスイッチバックを観測

ソーラー・オービターは、この構造の全貌をとらえ、曲がりくねったS字を描いていることを確認した。また、このような急速に変化する磁場の起源が、太陽の表面付近にある可能性を示すデータも得られた。興味深いことに、スイッチバックが起こった領域上空のプラズマの速度は、まだ非常に遅いのだ。これは、活動領域がまだエネルギーを宇宙に放出していないためだ。

このコロナプラズマのS字型ねじれの観測は、イタリア・トリノ天体物理観測所のDaniele Telloni(この発見に関するAstrophysical Journal Letters誌の論文の筆頭著者)の目に留まった。Telloni氏は、アラバマ大学ハンツビル校のGary Zank氏によるアイデアを思い出した。彼は、異なる領域間の電界線が再接続され、スイッチバックするというアイデアを提案したのだ。Zank氏は、探査機のデータを見て、何が起こっているのかすぐに理解した。

「Danieleが見せてくれたMETISからの最初の画像は、私たちがスイッチバックの数学的モデルを開発する際に描いた漫画を、ほとんどすぐに私に示唆してくれました。もちろん、最初の画像はスナップショットに過ぎず、Metisの優れた観測範囲を利用して時間情報を抽出し、画像自体のより詳細なスペクトル分析を行うまで、私たちの熱意を抑えなければなりませんでした。結果は、本当に素晴らしいものでした。」と彼は述べている。

太陽磁気スイッチバックモデルの確認

Telloni、Zank、および科学者のチームは、METIS装置からのデータを使用して、太陽磁気スイッチバックのモデルを作成した。その結果は、METISの画像と非常によく似ていた。特に、この構造が太陽コロナを外側に伝播する間にどのように伸びるかを計算した後では、この画像とよく似ていた。

How a solar switchback is formed pillars
太陽磁気のスイッチバックが形成されるまで(Credit: ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI & Metis Teams and D. Telloni et al. (2022); Zank et al. (2020))

Telloni氏は、「私は、太陽コロナにおける磁気スイッチバックのこの最初の画像は、その起源の謎を明らかにしたと思います。次のステップは、その場で観測されたスイッチバックを、太陽上のその発生源領域と統計的にリンクさせることです。」と述べている。

スイッチバックやその他の現象を観察することは、ソーラーオービターが設計された目的であり、今回の発見は、まさに科学者が見たかったものだ。ESAのプロジェクト・サイエンティストであるDaniel Muller氏は、「軌道を周るごとに、10個の観測機器からより多くのデータを取得しています」と述べている。「今回のような結果に基づき、ソーラーオービターの次の太陽面遭遇で計画されている観測を微調整し、太陽が太陽系の広い磁気環境とどのようにつながっているかを理解します。今回の結果は、ソーラーオービターにとって初めての太陽への接近であり、今後も多くの興味深い結果が期待されます。」

ソーラー・オービターは、10月13日に再び太陽の近く(水星軌道の内側)を通過し、より素晴らしい画像とデータを返す予定だ。金星を通過する際に行った軌道修正により、ソーラー・オービターはより多くの太陽緯度を観測することができるようになる。このため、ソーラー・オービターが再びスイッチバックする日はそう遠くないかもしれない。

この記事は、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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この記事を書いた人

TEXAL管理人。学校の授業でMS-DOSを使っていたくらいの年代。Windows95の登場で衝撃を受け、テクノロジー業界に興味を持つ。以来ガジェット・ゲーム情報を追い続けてうん十年。大学では物理を専攻していたこともあり、物理・宇宙関係の話題も大好き。

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