Laser-blasted plasma shows how instabilities could heat the sun's corona

中国原子力科学研究院のWei Sunらの研究チームは、レーザー装置を使って太陽コロナに近い状態を実験室で再現し、プラズマの不安定性が微小なエネルギー放出「ナノフレア」を起こして電子を加熱しうることを初めて実験で示した。成果は学術誌Physical Review Lettersに掲載された。

太陽の表面は約5800ケルビンだが、その外側の大気であるコロナでは電子が数百万度に達する。なぜこれほど加熱されるのかは、天文学者にとって長年の謎である。有力な説では、表面付近のプラズマが磁場をねじって歪ませ、その中にエネルギーを蓄えるとされる。蓄えられたエネルギーは、電流の薄い層で逆向きの磁力線がつなぎ替わる「リコネクション」によって一気に放出され、ナノフレアとなる。一方、コロナ雨と呼ばれる低温プラズマの指状構造が磁場を押し合わせてリコネクションを起こす可能性はシミュレーションで示されていたが、ナノフレア加熱との直接の関係を示す証拠は欠けていた。

今回の研究では、数ミリメートル規模のプラズマを作り、表面に波状の凹凸を持つプラスチック標的を使って不安定性を意図的に発生させた。平らな標的では不安定性が生じないため、比較実験として用いられた。結果として、波状標的では指状構造が再現されて磁場が押し合わされ、リコネクションが起きた。電子は約82万ケルビンに達し、平らな標的の最高温度のおよそ2倍となった。付随するシミュレーションでは、加熱の大部分が磁場の働きによる電気的な加熱であり、磁場の生成を抑えると追加の加熱はほぼ消えたという。これは磁場による説明を補強する結果である。

太陽物理の重要な空白を埋める一歩であることは確かだが、実験の規模は太陽とは大きく異なる。研究チームは今後、より立体的なプラズマとより精密な計測で検証を進める方針だという。ナノフレアがどの程度の頻度で起き、コロナの加熱のどれほどを担うのかは、まだ確定していない。宇宙環境の理解が深まれば、宇宙天気の予測精度の向上につながる可能性もあるが、現時点で産業への直接的な影響は限定的と考えられる。

日本の製造業の視点で見ると、今回の実験には、微細な凹凸を持つ標的の精密加工、高速で高精度な光学計測、X線を検出する装置といった要素が含まれている。こうした分野はレーザー加工、精密成形、計測機器や検出器を手がける国内の部品・装置メーカーが関わりうる領域だと考えられる。ただし、本記事は国内企業の関与に触れておらず、受注機会を示すものではない。今後、極限環境を模擬する実験研究が広がれば、部品や素材の需要が生まれる可能性があるため、その動向を注視する価値はある。

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