科学者が最善を尽くす

May 02, 2023

研究者らは、星間空間への一方通行の旅となる双生児ボイジャー宇宙船やその他の探査機が今後進む旅について、新たな見解を獲得した。

私たちは文字通りバブルの中に生きています。

それは太陽圏と呼ばれ、太陽から湧き出る希薄なプラズマでできています。 このイオン化したガスは、恒星から出る磁力線に沿って外側に流れ、太陽の自転と結びついた放射状の螺旋を描きます。 私たちの銀河系を流れるプラズマの大規模な流れに逆らって、この風が弱まる場所を超えて冒険することは、非常に本当の意味で、私たちの太陽系を後にすることと同じです。

しかし、太陽圏は 1950 年代後半から知られ、研究されてきたにもかかわらず、その曖昧な境界が驚くべき発見によって明らかになったのは比較的最近のことです。 ちょうど10年以上前、NASAのボイジャー1号は、ついに太陽圏を出て星間空間に入ったことを示唆するデータを送り返した。 しかし、ある測定結果は期待と一致しませんでした。宇宙船が実際に横切った場合に、渦巻き状の磁場が想定どおりに真っ直ぐにならなかったのです。

「遡及的に考えると、星間磁場が集まって太陽圏にかかる移行領域が存在するはずだということは理にかなっていました」と、ボイジャー計画の副プロジェクト科学者でプリンストン大学の宇宙物理学者であるジェイミー・ランキンは言う。

この「ドレープ」効果は、流れる水が船首の周囲と側面に沿って尾部に向かって積み重なる様子に似ています。 そして、この波打つ航跡が船の輪郭を明らかにするのと同じように、私たちの星が天の川を通って移動するときの太陽圏の周りの星間磁場の曲がりは、私たちの太陽系と他の太陽系との間の泡のような境界の大きさと形状についての重要な手がかりを提供する可能性があります。銀河。 しかし、このドレープが正確にどのようなものであるか、そしてそれがどのように原始的な星間物質に取って代わられるのかは、未解決の疑問のままです、つまり、これまでのところ。

Astrophysical Journal Letters に最近掲載された研究で、ランキンと研究チームは、双子のボイジャー探査機からの独立した測定値と、NASA の星間境界から得られた太陽圏と星間境界のモデルを統合することにより、ドレープ領域の最初の明確な画像を描きました。エクスプローラー (IBEX) は、2008 年に打ち上げられた地球周回衛星です。

ボイジャーの強みは、磁場と、宇宙船が太陽から遠ざかるにつれて磁場が距離とともにどのように変化するかを直接測定できることです。 しかし、ボイジャーはその軌道に沿ってフィールドをサンプリングするだけで、バブルの進化する境界のまばたきしたビューを提供します。 一方、IBEXは、太陽圏の境界で太陽風の粒子と星間物質の粒子の衝突によって生成される原子のエネルギーシャワーを検出することにより、「全体像」の視点を提供します。 これらのデータからは、空全体にわたる泡の表面の遠隔ビューが得られますが、重要な相対距離の測定は行われません。

問題は、これら 2 つのデータセットが一致しないことです。 往路の軌道に沿って、両方のボイジャーは現在、はるか外側のドレープのない磁場のIBEXによる遠隔全天観測から外挿された値よりも強い、そして歪んだ値である磁場を局地的に測定している。 このようにまったく異なるミッションから得られた結果を調整することは、2 組のパズルのピースをつなぎ合わせようとすることに少し似ています。 「なぜボイジャーのデータがIBEXと一致しないのかについては、多くの議論が行われてきました」と、この研究には関与していないフランスのトゥールーズ大学の天体物理学者カティア・フェリエールは言う。

研究者らは論文の中で、IBEXモデルとボイジャーの測定結果が実際にどのように一貫したストーリーを伝えているかを示している。 結果は、ボイジャー1号の軌道に沿って、磁場の強さと方向、つまり太陽圏の端の周りの「カーテン」が今後60年間持続することを示しており、これは宇宙船の旅のさらに200億マイルに相当し、最終的に到達することになる。 IBEX によって予測された「ドレープのない」星間磁場。 ボイジャー 2 号からのデータに適用された分析によると、この宇宙船は太陽圏移行時に蓄積された磁場から逃れるために、双子の宇宙船の 2 倍の距離を移動する必要があることが示されており、その旅程は約 120 年に及びます。

「（これらの結果は）全体像を描いている」とフェリエール氏は言うが、それは将来のミッションでさらに追加される可能性がある。

そのために、NASA は 2025 年に IBEX の後継機である星間マッピング加速探査機 (IMAP) の打ち上げを計画しています。 IMAP は太陽圏の全球構造のさらに高解像度の地図を生成し、現在進行中のボイジャーの測定と重複します。研究者らは、両方のボイジャーの出力が危険なほど低いにもかかわらず、今後 10 年間継続することを望んでいます。

「これらの測定値を組み合わせることで、太陽圏と局所星間物質との相互作用を最もよく理解できるようになるでしょう」と、研究共著者でプリンストン大学の宇宙物理学者であり、IBEXおよびIMAPミッションの主任研究員であるデイビッド・マコマス氏は言う。

ボイジャー1号と2号が出発する将来の星間ミッションも継続され、太陽圏の複雑な形状がさらに解明される可能性がある。

ラルフ・マクナット・ジュニアは、「宇宙船を横に飛ばせば、この泡が地元の風が吹く方向と、尾のような構造があると話題になる反対側でどのように見えるかについて、良い視点が得られるかもしれない」と述べている。星間探査機ミッションコンセプト研究の主任研究者であり、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所の宇宙物理学者。

そして、ランキンと彼女のチームの研究結果は、太陽圏の左舷側面に向かって磁場の蓄積が少ないことを示唆している。これは、反対側の厚いドレープとは対照的に、この遷移領域を通過する探査機は、より迅速に原始的な星間空間にアクセスできることを意味する空間。

乱れのない星間磁場のサンプルを取得することは、太陽圏が現在通過している局所星間雲（LIC）など、太陽系を取り囲むガスや塵の星間雲の分布や形状をマッピングするのにも役立つ可能性がある。 星間雲は、移動するにつれて周囲の磁場が伸びたりねじれたりすることもあります。

「太陽圏の一般的な形状は、LICを通る太陽圏の運動によって決まりますが、その正確な形状は周囲の磁場にも依存します」とフェリエール氏は言う。

私たちのバブルとその周囲の地図を作成するためにはまだやるべき作業が残っていますが、ランキンと彼女のチームの研究は、遠隔衛星とその場での宇宙船の測定を統合することの威力を示しています。

「この研究は、私たちが測定したものを結び付けて、銀河の中の私たちの場所がどのようなものであるかという全体像を理解することを目的としています」とランキン氏は言う。

テオ・ニシトプロス地球と宇宙の科学ニュースを担当するフリーライターです。

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