太陽圏 星間空間 境界 18


太陽圏(たいようけん)、または太陽系圏(たいようけいけん)、ヘリオスフィア(Heliosphere)は、太陽系の周囲の荷電粒子の泡であり、太陽風の届く範囲の空間である。電気的に中性な原子は太陽圏を通り抜けることができるが、事実上、太陽圏の全ての物質は太陽自身から放出されている。, 太陽から半径数百億kmは、太陽風は100万km/h以上の速度で吹く[1][2]。星間物質と相互作用をし始めると、太陽風の速度は低下し始め、最終的に止まる。太陽風が減速し始める地点は末端衝撃波面と呼ばれ、太陽風は減速しながらヘリオシースを進み、星間物質と太陽風の圧力が平衡になるヘリオポーズに達する。, ヘリオポーズを超えると、星間物質が太陽圏に衝突するようになり、かつてはバウショックと呼ばれる領域が存在すると考えられていたが、IBEXのデータによると、星間物質の中を進む太陽の速度は、バウショックを形成するには小さすぎることが示唆された[3]。また、カッシーニとIBEXのデータから、2009年には挑戦的な「太陽尾」理論が提唱された[4][5]。ボイジャーのデータからは、ヘリオシースは「磁気バブル」と「よどみ領域」を持つという新しい理論が提唱された[6][7]。, ヘリオシースの中の「よどみ領域」は、113天文単位から始まることが、2010年のボイジャー1号の観測結果から発見された[6]。ここでは、太陽風の速度は0になり、磁場の強さは2倍になり、銀河からの高エネルギー電子は100倍になる[6]。120天文単位の位置にいたボイジャー1号は、2012年3月から宇宙線の急激な増加を検出し始め、ヘリオポーズに近づいている明らかなサインだと考えられた[8]。, 太陽風は、粒子(コロナから放出されるイオン化された原子)と場(特に磁場)から構成される。太陽は約27日の周期で自転しているため、太陽風によって運ばれる磁場は、螺旋状になる。太陽の磁場の変化は太陽風によって外向きに伝えられ、地球の磁気圏に対しても磁気嵐を引き起こす。, 太陽圏電流シートは、太陽の回転する磁場によって形成される太陽圏のさざ波である。太陽圏全体に広がり、太陽系で最も大規模な構造だと考えられている。その形は、「バレリーナのスカート」に例えられる[9]。, 太陽圏の周辺構造は、太陽風と恒星間風の相互作用によって決定される。太陽風は、太陽から全ての方角に数百km/s(地球近傍)の速度で吹き出す。海王星の軌道以遠のある距離で、超音速の太陽風は、星間物質のガスと出会う前に減速される必要がある。これには、いくつかの段階を経る。, 末端衝撃波面は、恒星間物質との相互作用によって太陽風の速度が低下し、亜音速になる地点である。これにより、圧縮、加熱、磁場の変化が生じる。太陽系では、末端衝撃波面は、太陽から75から90天文単位の距離にあると考えられている[11]。ボイジャー1号は2004年、ボイジャー2号は2007年に、太陽の末端衝撃波面を通過した[12]。, 星間での音速が約100km/hなのに対して、太陽から放出される太陽風は約400km/hであるため、衝撃波が生じる(実際の速度は、大幅に変動する密度に依存する)。星間物質の密度は非常に小さいが、一定の圧力を持っており、太陽風の圧力は、距離の2乗に比例して減少する。太陽から十分に遠くなると、星間物質の圧力が太陽風の速度を音速以下に低下させるのに十分な強さを持ち、衝撃波面を形成する。, 太陽から外側に向かうと、末端衝撃波面に続いてヘリオポーズの領域に入る。ここでは、太陽風の粒子は、星間物質によって進行が止められる。, 2005年5月、アメリカ地球物理学連合において、カリフォルニア工科大学のエドワード・ストーンは、磁場の変化の状況から、ボイジャー1号が2004年12月に太陽から94天文単位の距離にある末端衝撃波面を通り抜けたと見られると発表した。一方、ボイジャー2号は、2006年5月、太陽からわずか76天文単位の距離で戻ってくる粒子を検出し始めた。これは、太陽圏が北方向に膨らみ、南方向は押しつぶされたような不規則な形をしていることを示している[13]。, ヘリオシースは、末端衝撃波面の先の太陽圏内の領域である。ここでは、太陽風の速度は遅くなり、圧縮され、星間物質との相互作用で攪乱されている。太陽からの距離は、約80から100天文単位である。, 別の理論では、ヘリオシースは彗星のコマのような形で、太陽が進む方向の反対側に何倍も長い尾を引いているとされる。風上では、その厚さは10から100天文単位と推定される[14]。しかし、2009年の観測で、このモデルは間違っていることが示された[4][5]。, ボイジャー1号とボイジャー2号のミッションには、ヘリオシースの観測も含まれている。2010年末、ボイジャー1号は、太陽風の速度が0になるヘリオシースに到達した[15][16][17][18]。2011年には、ボイジャーの観測により、ヘリオシースは滑らかではなく、太陽風と星間物質の衝突でできた幅1億マイルのバブルでできていることが発表された[19][20]。ボイジャー1号と2号は、それぞれ2007年と2008年からバブル構造の証拠を検出し始めていた[20]。バブルは恐らくソーセージのような形をしており、磁場再結合によって形成される[20]。, ヘリオポーズは、太陽からの太陽風の進行が星間物質によって止められる理論上の境界であり、ここでは太陽風は周囲の恒星からの恒星風を押し戻すのに十分な力を持たない。ボイジャー1号は、2014年までにヘリオポーズを通過すると期待されている。ヘリオポーズに到達すると、荷電粒子の温度が急激に下がり[16]、磁場の方向が変化し、宇宙線が増加すると考えられている[8]。2012年5月、ボイジャー1号は宇宙線の急増(2009年1月から2012年1月までに25%増加し、その後1ヶ月ごとに9%の増加)を検出し、ヘリオポーズに近づいていることが示唆され[8]、2012年8月25日、ボイジャー1号が人工物として初めて、ヘリオポーズに到達し、太陽圏外に出たと2013年9月12日にNASAが発表した[21]。, 2012年、太陽はバウショックを持たないことが確認された。それ以前は、太陽は星間物質内を進行することでバウショックを生じると仮定されていた。バウショックは、星間物質が超音速で太陽に向かってくる場合に形成される。星間風が太陽圏にぶつかると、速度が低下し、攪乱領域を生じる。アメリカ航空宇宙局のRobert NemiroffとJerry Bonnellは、太陽のバウショックは230天文単位の位置にあると信じている[11]。, GALEXによって、太陽系の外側にこの現象が観測された。くじら座の赤色巨星ミラは、彗星状の塵の尾も進行方向のバウショックも持つことが示された。, ヘリオポーズまでの正確な距離やその形は、まだ分かっていない。パイオニア10号、パイオニア11号、ボイジャー1号、ボイジャー2号などの惑星間探査機は、太陽系を超え、最終的にはヘリオポーズを通り抜ける。, カッシーニの観測データによると、太陽圏は彗星のような形ではなく、バブルのような形をしていることが示唆される。太陽風と星間物質の衝突が起こるだけではなく、エネルギー中性原子のマップによると、粒子の圧力と磁場エネルギーの密度によって、相互作用が制御されていることが示唆されている[4]。, “A Glowing Discovery at the Forefront of Our Plunge Through Space”, https://web.archive.org/web/20010111053400/http://www.space.com/scienceastronomy/solarsystem/heliosphere_shock_000315.html, “New Interstellar Boundary Explorer data show heliosphere's long-theorized bow shock does not exist”, http://phys.org/news/2012-05-interstellar-boundary-explorer-heliosphere-long-theorized.html, New View Of The Heliosphere: Cassini Helps Redraw Shape Of Solar System, First IBEX Maps Reveal Fascinating Interactions Occurring At The Edge Of The Solar System, NASA's Voyager Hits New Region at Solar System Edge 12.05.11, NASA = Data From NASA's Voyager 1 Point to Interstellar Future 06.14.12, NASA - A Big Surprise from the Edge of the Solar System (06.09.11), MIT instrument finds surprises at solar system's edge, http://www.cnn.com/2006/TECH/space/05/23/voyager.2/index.html, http://www.lpi.usra.edu/meetings/LEA/whitepapers/Brandt_whitepaper_heliospheric_imaging.pdf, http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-11988466, NASA's Voyager 1 Spacecraft Nearing Edge of the Solar System, Voyager at the edge: spacecraft finds unexpected calm at the boundary of Sun's bubble, “Zero outward flow velocity for plasma in a heliosheath transition layer”, http://www.nature.com/nature/journal/v474/n7351/abs/nature10115.html, NASA Probes Suggest Magnetic Bubbles Reside At Solar System Edge, Voyager Discovers Possible Sea of Huge, Turbulent, Magnetic Bubbles at Solar System Edge, NASA Spacecraft Embarks on Historic Journey Into Interstellar Space - NASA Jet Propulsion Laboratory, Voyager 1 reaches the edge of the solar system, Voyager 2 probe reaches solar system boundary, “Heliopause Seems to Be 23 Billion Kilometres”, http://www.universetoday.com/am/publish/size_of_heliopause.html, “Space probes reveal Solar System's bullet shape”, https://web.archive.org/web/20070513025659/http://www.cosmosmagazine.com/node/1296, https://ja.wikipedia.org/w/index.php?title=太陽圏&oldid=77479185, 亜音速まで速度が落ちると、太陽風は周囲の星間物質の流れの影響を受け始める。その圧力により、理論的には、, 太陽圏が星間物質と出会うヘリオシースの外表面は、ヘリオポーズと呼ばれる。ここが太陽圏の端に相当する。2009年の観測では、このモデルに適合する結果が得られた, ボイジャー1号は、2004年12月中旬に、94天文単位の距離で末端衝撃波面を超え、ヘリオシースに入ったと考えられている. エジプトにミイラ包む木棺100基 太陽圏(たいようけん)、または太陽系圏(たいようけいけん)、ヘリオスフィア(Heliosphere)は、太陽系の周囲の荷電粒子の泡であり、太陽風の届く範囲の空間である。 電気的に中性な原子は太陽圏を通り抜けることができるが、事実上、太陽圏の全ての物質は太陽自身から放出されている。 文/松村武宏, soraeは宇宙や空に関する最新ニュースをスピーディーに紹介する宇宙情報サイトです。, sorae.jp宇宙開発ニュース / sorae.jp 航空ニュース / sorae.jp 天文ニュース / sorae.jp DRONEニュース. 史上2番目に「星間空間」に到達したボイジャー2号のデータから、太陽圏と星間空間の境界がどのような様子なのか、新たな知識がもたらされています。 ボイジャーが越えたのは、星々の世界へ向かう途中に存在する「境界」 太陽圏(Heliosphere)の模式図。 一方、星間空間には一般に、星間物質と呼ばれる希薄なガスや塵などが分布しています。この星間物質と太陽風の圧力が釣り合う境界面が、太陽圏の境界とされていて、ヘリオポーズ(Heliopause)と呼ば … また、太陽風は磁場を伴って遠ざかるのだが、太陽圏と星間空間の境界(ヘリオポーズとも呼ぶ)を越えたところでは、星間空間の磁場の向きが太陽圏内の磁場の向きと平行であることも示されている。これはボイジャー1号の場所でも同様だった。 Ryan F. Mandelbaum -- Gizmodo US 一方、星間空間には一般に、星間物質と呼ばれる希薄なガスや塵などが分布しています。この星間物質と太陽風の圧力が釣り合う境界面が、太陽圏の境界とされていて、ヘリオポーズ(Heliopause)と呼ばれています。 文/松村武宏. Source: NASA − skyandtelescope.com Source: NASA − skyandtelescope.com 既報の通り、NASAの無人探査機「ボイジャー2号」の観測データを用いた論文5本が、11月4日付で「Nature Astronomy」に掲載されました。史上2番目に「星間空間」に到達したボイジャー2号のデータから、太陽圏と星間空間の境界がどのような様子なのか、新たな知識がもたらされています。, 太陽圏(Heliosphere)の模式図。青が末端衝撃波面(Termination Shock)、水色の縁がヘリオポーズ(Heliopause)、その間にある領域がヘリオシース(Heliosheath)(Credit: NASA/JPL-Caltech), 太陽から日々放出されている太陽風(プラズマ)は、惑星の軌道を超えて外側へと広がっていき、星間物質(星々の間に広がる星間空間にあるガスや塵)に衝突して速度を落とします。衝突後の太陽風は減速しつつも徐々に広がり続け、やがて星間物質と混ざり合う境界面に達します。, 太陽風が星間物質と衝突して速度が落ち始める場所は「終端衝撃波面(Termination Shock、末端衝撃波面とも)」、太陽風と星間物質が混ざり合う境界面は「ヘリオポーズ(Heliopause)」、内側の終端衝撃波面から外側のヘリオポーズの間にある厚みを持った領域は「ヘリオシース(Heliosheath)」と呼ばれています。, 2018年11月、ボイジャー2号は外側の境界面であるヘリオポーズを通過しました。太陽風の影響が及ぶ限界であるヘリオポーズから内側は「太陽圏(Heliosphere)」と呼ばれており、2012年に通過したボイジャー1号に続き、ボイジャー2号は太陽圏を離脱した2番目の探査機となったのです。, 星間空間に達した「ボイジャー」の想像図(Credit: NASA/JPL-Caltech), 今回発表された一連の論文では、初めてヘリオポーズを通過したボイジャー1号に加えて、6年遅れで通過したボイジャー2号のデータが重用されています。たとえば、両機が時間差を置いてヘリオポーズを通過したことで、太陽圏外縁のダイナミックな姿が見えてきました。, ボイジャー1号は太陽から121.6天文単位のところでヘリオポーズを通過しましたが、ボイジャー2号はやや近い119天文単位で通過しています。11年周期で変化する太陽の活動レベルに合わせてヘリオポーズも膨らんだり縮んだりすると考えられてきましたが、2機が通過した際の距離の違いは、こうした太陽活動の変化による膨張・収縮が6年の時間差によって実際に観測されたものとみられています。, 両機は飛行する方向も異なっています。太陽圏を船にたとえると、ボイジャー1号は舳先(前方)に、ボイジャー2号はやや舷側(側面)に向かって通過したため、時間差に加えて場所によっても異なるヘリオポーズの様子が判明しています。, ボイジャー2号の観測データを調べたところ、ヘリオポーズを通過したあとで、太陽圏の内部から星間空間に向かって流れ出る粒子が捉えられました。このような粒子の漏出はボイジャー1号では観測されていなかったといいます。, また、ボイジャー1号ではヘリオポーズを越える直前に、粒子の速度がほとんどゼロになる領域を通過しました。ボイジャー2号ではこうした領域は観測されていませんが、かわりにヘリオポーズに近いヘリオシースの内部に複数の境界が存在することが確認されており、ヘリオポーズの複雑さが示唆されています。, ただ、両機の観測結果は異なるものばかりではありませんでした。2012年に星間空間へと到達したボイジャー1号は、少なくともヘリオポーズを越えた直後の星間空間では、磁場の向きが太陽圏内部とほとんど変わらないことを検出しました。2018年に通過したボイジャー2号の観測結果も同様で、やはり磁場の向きはほぼ揃っていました。, 磁場が揃っているのは偶然なのか、それとも太陽圏周囲の星間空間全体に対して言えることなのかは、通過した場所もタイミングも異なるボイジャー1号と2号の観測結果が揃うことで、ようやく判断できたのです。, 1977年8月、ボイジャー2号打ち上げの様子(Credit: NASA/JPL-Caltech), 1977年に打ち上げられたボイジャー1号と2号は、すでに42年間も稼働し続けています。両機は電力源として太陽電池ではなく、放射性物質が崩壊するときの熱から電気を得るための装置「放射性同位体熱電気転換器(RTG)」を搭載していますが、その発電量は打ち上げ当初の6割ほどにまで落ち込んでいます。, 想定より冷え込んだ環境でも稼働し続ける観測装置、37年ぶりでも点火する姿勢制御スラスターなど頑丈さが目立つボイジャーですが、NASA・ジェット推進研究所(JPL)の元所長であるEdward Stone氏(カリフォルニア工科大学物理学教授)によると、生きた探査機としてボイジャーに残された時間は5年ほどとみられています。, それでも、2機の探査機にはあと数年間ほど星間空間の観測データを取得し続けるチャンスがありますし、太陽圏のふるまいが完全に解明されたわけでもありません。たとえば両機がヘリオポーズを通過した際の距離について、NASA・ゴダード宇宙飛行センターのLeonard Burlaga氏は「(太陽の活動レベルに左右されるとする)理論通りなら差が生じると思われる」と語っており、実際に観測された距離の差は小さすぎることを示唆しています。, 太陽圏の外縁から星間空間にかけては、ボイジャー1号と2号が到達したことで初めて直接観測できるようになった領域です。両機は地球に通信を送り返すことができる最後の瞬間まで、貴重な観測データをもたらし続けてくれるでしょう。, Image Credit: NASA/JPL-Caltech

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