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太陽圏の形は「しぼんだクロワッサン」、その理由を解明

2021年12月10日(金)17時00分
松岡由希子

太陽圏の形状は「しぼんだクロワッサン」のような形をしている...... (M. Opher)

<太陽圏の形状は「しぼんだクロワッサン」で、その形成には、太陽系外から飛来する中性水素粒子が重要な役割を果たしていることが示された>

太陽系は「太陽圏(ヘリオスフィア)」と呼ばれる荷電粒子の泡に包まれ、宇宙線などから守られている。太陽圏は太陽系のはるか遠くまで広がっており、太陽系の内側からその形状や大きさをとらえることは難しい。従来、太陽圏は丸みを帯びた先端部分に長い尾が伸びる彗星のような形状だと考えられてきた。

これまでに太陽圏を直接観測したのは、アメリカ航空宇宙局(NASA)の宇宙探査機「ボイジャー1号」と「ボイジャー2号」だけだ。

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「太陽圏」を脱したボイジャー1号、2号 NASA/JPL-Caltech

太陽系外から飛来する中性水素粒子が重要な役割を果たしている

米ボストン大学メラヴ・オプファー教授らの研究チームは、これらの観測データなどをもとに太陽圏の特徴を予測し、2020年3月に発表した研究論文で、太陽圏の形状が「しぼんだクロワッサン」であることを示した。

研究チームは、宇宙全体でみられる宇宙ジェット(天体に降着するプラズマガスの一部が細く絞られて双方向に吹き出す現象)と同様の「太陽圏ジェット」が不安定である点に注目。

その原因についてさらに研究をすすめ、2021年12月1日、その研究成果を学術雑誌「アストロフィジカルジャーナル」で発表した。

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「太陽圏ジェット」の計算モデル (M. Opher/AAS)

これによると、太陽系外から飛来する中性水素粒子が太陽圏の形成に重要な役割を果たしているとみられる。計算モデルを用いて中性水素粒子の影響を調べたところ、中性水素粒子を取り除くと太陽圏ジェットは極めて安定したが、中性水素粒子を戻すと曲がりはじめ、中心軸が揺れはじめた。これは、太陽圏ジェットの内部の何かが非常に不安定になっていることを示している。

理論上は、このような不安定な性質によって太陽から吹き出す太陽風やジェットに擾乱が生じ、太陽圏がクロワッサンのような形状に分裂していると考えられる。具体的には、中性水素粒子が太陽圏に衝突し、「レイリー・テイラー不安定性」と呼ばれる現象を引き起こす。これは、密度の異なる2つの流体が衝突する際、軽い流体が重い流体を押すことで生じる不安定性だ。

研究論文の共同著者でメリーランド大学の天体物理学者ジェームズ・ドレイク特別教授は、この研究成果について「太陽圏の形状が北と南に分裂している理由を初めて明解にした」と評価し、「銀河宇宙線がどのように地球やその近傍に入ってくるのかを解明する手がかりになるかもしれない」と述べている。

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