ミシガン大学の宇宙物理学教授である Justin Kasper が空想にふけるとき、彼は太陽のコロナ (過熱プラズマの雲) を高速で通過するトヨタ プリウスの大きさの宇宙船を視覚化します。この船、NASA のソーラー プローブ プラスは、これまでのどの人工物よりも私たちの星に近く、表面からわずか 400 万マイルの距離です。そこでは、太陽は私たちが地球上で見ているものよりも 512 倍明るく輝いており、20 倍広いです。時速 450,000 マイルで飛行するソーラー プローブは、これまで宇宙に投入されたものの中で最速であり、最も頑丈なものでもあります。カーボン プレートに挟まれた厚さ 4.5 インチのカーボン フォーム熱シールドは、2,500 度の温度に耐えることができます。華氏。このシールドの下で室温付近で動作しているのは、宇宙船の経路を制御するコンピューターやその他の機器です。しかし、探査機の最も重要な機器であるファラデー カップは、スクーナー船の船首像のようにシールドの外にあり、時速 100 万マイルの電子、陽子、ヘリウム イオンの爆発である太陽風に浸っています。ツナ缶サイズのこのカップは、風の組成と方向を記録します。その測定結果は、天体物理学の特定の未解決の謎に答える可能性があります。その鍵となるのは、なぜ太陽のコロナがその表面よりも熱いのかという謎です。また、太陽風をよりよく理解することで、人類が宇宙に植民地化するのに役立つかもしれません。
太陽風は保護的であると同時に危険でもあります。一方では、それは私たちの太陽系であるセーフ ハーバーを作成するのに役立ちます。岬が大きな海の波から湾を保護するのと同じように、遠方の超新星から放出される破壊的な宇宙線から私たちを保護します。その一方で、荷電粒子の巨大な雲を地球の磁場にぶつけて、「地球を取り囲む地球規模の磁気の泡を揺らし、震わせることができる」と、ある NASA のサイトは述べています。これらの嵐は、地球上の生命を大きく混乱させる可能性のある途方もない電流を発生させます。キャリントン イベントとして知られる有名な 1859 年の太陽嵐では、ヨーロッパと北アメリカの電信システムが故障し、火花がオペレーターに感電を引き起こし、電信紙が発火しました。今日の世界では、衛星から地上への通信、GPS 信号、携帯電話接続に大きく依存しているため、同様の電磁嵐がはるかに大きな被害をもたらす可能性があります。宇宙旅行にとっても危険であり、機器に干渉し、宇宙飛行士や船を照射します。 NASA は月に人間を着陸させ、火星にローバーを着陸させ、金星の大気をサンプリングし、テンペル 1 彗星に探査機を衝突させましたが、太陽とその風は謎のままです。ソーラー プローブ プラスにより、太陽系で最も探査されていない天体がついにクローズアップされます。
太陽は層でできています:内側からコア、光球、彩層、コロナです。コアは水素イオンの密集した雲であり、継続的な核融合反応を受けて、ヘリウム イオンを生成し、光球に放射する膨大な量の熱とエネルギーを放出します。太陽のコアは華氏 2,700 万度ですが、光球は華氏 10,000 度で、最も熱い森林火災の約 5 倍しか熱くありません。これは理にかなっています。キャンプファイヤーから離れれば離れるほど、寒くなります。しかし、太陽はそれほど単純ではありません。光球の向こうには比較的薄い彩層があり、太陽風が発生すると考えられています。さらに外側にはコロナがあり、その厚さは数百万マイルで、華氏 500 万度にもなります。コロナでは、キャンプファイヤーの例えは成り立たず、太陽の核から離れるほど熱くなります。
アラバマ州ハンツビルにある NASA のマーシャル宇宙飛行センターのチームを率いてソーラー プローブ カップの一部を作成したジョナサン サーテインは、太陽の磁気エネルギーがコロナの熱の原因であると考えています。彩層の上部またはコロナの下部に蓄えられたこの磁気エネルギーは、プラズマに放出されています。これにより、粒子が太陽の重力から逃れ、太陽風の形で時速 100 万マイルで放出される程度までプラズマが加熱されます。ソーラー プローブ プラスがコロナを高速で通過すると、この風はカスパーとサーテンのカップに吹き込みます。
頑丈な小さなカップは、モリブデン、チタン、ジルコニウムなどの耐熱性の高い金属でできています。さらに耐熱金属であるニオブの2枚のシートが、風に浸るカップの開口部を覆います.各シートには、粒子が飛び込むための小さな穴があります。内部に入ると、粒子は一連のタングステン グリッドを通過します。このグリッドは特定の電圧にプライミングされ、フィルターとして機能します。 「電流を電圧の関数として測定することで、プロトンとアルファを別々に見ることができます。これは、それらを停止させるために異なる電圧が必要になるためです」と Kasper は言います。 「電流を電圧の関数として使用することで、風の基本的な特性である密度、速度、温度を得ることができます。」粒子がグリッドを通過すると、粒子は円形の金属板に衝突し、粒子の電荷と侵入角度が記録されます。角度は重要です。プラズマが前後に揺れる可能性があるためです。 「電場と磁場が変化したときに流れがどのように変化するかは、私たちが通過している波や渦の種類と、それが太陽に向かっているのか離れているのかについて多くを教えてくれます。」
ソーラー プローブ プラスのファラデー カップは、人類が作った中で最も酷使され、テストされた容器の 1 つに違いありません。 NASA のマーシャル宇宙飛行センターの強力な粒子加速器は、太陽風と同様のエネルギーのイオンと電子をカップに吹き付けました。フランスのピレネー山脈にある太陽炉で、カップは 30 秒で鉄板に 1 フィート幅の穴を開けることができる太陽光線に耐えました。カップはまた、太陽の表面と同じスペクトルで紫外線を発するキセノン電球の IMAX 映写機の列に面していました。それはどうでしたか？ 「喜んでお伝えします」と Kasper 氏は言います。
カスパーの空想は、NASA が 2018 年に探査機を打ち上げてから 10 年後に現実のものとなります。金星の引力を巨大なブレーク パッドとして使用して、探査機は太陽に近づく軌道に落ちます。打ち上げから 3 か月後の 2018 年 7 月に、探査機は 24 回の太陽への接近の最初のものになります。接近するたびに、探査機には太陽に浸る 11 日間のウィンドウがあり、その間に広視野望遠鏡がコロナを撮像し、カップが太陽風を利用します。
太陽が沈む間、探査機はさまざまな理由で地球と通信できません。アンテナが焦げたり、磁気干渉が発生したり、太陽が探査機と地球の間に立ったりする可能性があります。しかし、金星に戻る途中で、探査機は太陽のエネルギーを使用して収集したデータを送信し、風の起源、組成、強さについて Kasper と Cirtain に通知します。
NASA の「Living With a Star」プログラムを率いる NASA の天体物理学者、Madulika Guhathakurta は、次のように述べています。イーロン・マスクの火星居住プロジェクト、NASA のエウロパ飛行計画、およびその他の将来の宇宙ミッションは、この情報を使用して、太陽から吹き付ける激しい粒子の嵐から逃れることができるかもしれません。 「これは、人類が地球の住人から宇宙の住人になるのを助ける使命かもしれません」と Guhathakurta は言います。
ジャスティン・ノーベルの科学と文化に関する記事はに掲載されています 時間、オリオン、そして ティンハウス。 他のプロジェクトの中でも、彼は現在、天気に関する物語の本に取り組んでいます。彼はニューオーリンズに住んでいます。
