Solar Orbiter catches the sun's missing high-speed vibrations

太陽観測衛星ソーラー・オービターが、これまで見落とされていた高速で高周波の磁気波動を太陽の極域で検出し、太陽の外層が異常に高温である理由や太陽風がどのように加速されるのかを解明する手がかりになる可能性が示された。北京大学のガオ・ユハン博士とティアン・フイ教授らの研究チームが、この成果を学術誌「ナショナル・サイエンス・レビュー」に発表した。

この発見を可能にしたのは観測技術の革新的な進化である。従来のNASA太陽力学観測衛星（SDO）は12秒ごとに画像を撮像し、1ピクセルあたり1,100キロメートルの空間解像度を持っていた。これに対してソーラー・オービターに搭載されている極紫外イメージャー（EUI）は5秒ごとに撮像でき、1ピクセルあたり420キロメートルまで分解能を高めた。精度は2倍以上、撮像速度も2倍になったわけである。2021年9月のデータを両衛星で比較したところ、太陽の北極に突き出た棒状の磁気構造「プリューム」から検出された波動数は劇的に異なっていた。SDOで560個の波動イベントが検出されたのに対し、EUIは2,318個を検出し、4倍以上の差となった。

検出数の違いは波動の周波数帯にあった。EUIで検出された波動の38パーセントが100秒以下の短い波長を持っていたのに対し、SDOでは9パーセントにとどまった。さらに関連する要因として、波動が移動する速度が挙げられる。SDOの平均速度は秒速9.9キロメートルであったのに対し、EUIは秒速15.4キロメートルで、より高速に移動していた。エネルギーは速度に比例するため、これらの高速波動はこれまでの推定値の2.6倍のエネルギーを持つと計算されている。

太陽物理学において長年の謎となっているのが、太陽の外層が100万度を超える異常な高温である理由と、太陽風の粒子がどのようにして秒速数百キロメートルという速度に加速されるのかという問題だ。今回検出された磁気波動はこれらの謎を解く鍵になる可能性が指摘されている。これらの波動が太陽の上層大気に入ると、共鳴吸収や位相混合といった物理現象を通じて周囲の環境にエネルギーを移送すると考えられる。このエネルギーの一部は太陽外層の異常な加熱に、別の部分は太陽風の加速メカニズムに関与している可能性がある。

今回の単一データセットから計算されたエネルギー量は、太陽風を完全に駆動させるのに必要とされるエネルギーより一桁低いため、全体像の解明には至っていない。しかし高周波波動の形で膨大なエネルギーが存在することが示唆され、観測技術の進化によってこれまで見えなかった現象が明らかになりつつある。2029年打ち上げ予定の太陽極軌道観測衛星（SPO）のような次世代ミッションは、より精密で高速な観測機器の開発を促すものであり、日本の宇宙観測機器メーカーにとっても、国際競争力を高める重要な機会となると言えるだろう。

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