デビッド・マコーマスは、星の恒星風が周囲の星間物質に衝突する際に作り出す環境である「アストロスフィア」を好んでいます。ミラという星に属しています。 2006 年の画像では、ミラは時速 291,000 マイルで右に向かっています。これは、私たちの太陽が天の川にあるその局所的な星間雲を通過する速度の 5 倍です。水の中を航行するボートの前にあるように、星の前に形成される「バウ ショック」を確認できます。そこのガスは加熱され、ミラから吹き出す冷たい水素ガスの風と混ざり合い、星の裏側に流れて航跡を形成する。左の星の後ろをたどるミラの天球は、乱れ、断片化され、引き伸ばされているように見えます。プリンストン大学の天体物理学教授である McComas 氏は、最近のビデオ インタビューで、「この単一の構造からこれらの乱流のより小さな構造へとバラバラになっているのをどれほどはっきりと見ることができるでしょうか」と述べました。 「とても美しいと思います。」
McComas が Mira の天球を賞賛していないとき、彼は私たち自身の「ヘリオスフィア」を理解するための取り組みの先頭に立っています。彼は、それが果たす可能性のある機能について知りたがっています。 2008 年以来、McComas は星間境界探査機 (IBEX) ミッションの主任研究員を務めています。彼は、IBEX 衛星が収集するデータを監督して、太陽系の端の性質を明らかにしています。また、2024 年に打ち上げ予定の IBEX の後継である Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) も担当します。
私たちの太陽系の境界と見なされるものは何ですか?太陽からの光が完全に消える明確なポイントや、その重力が感じられなくなる明確なポイントはないため、どちらもそれを示すことはできません.しかし、ヘリオスフィアは可能です。それは「銀河の中を移動し、私たちの家を安全に保ちます」と McComas 氏は言います。太陽の太陽風、電離ガスまたはプラズマの流出は、「星間物質」とも呼ばれる星の間の銀河物質を押し出します。私たちの非常に局所的な領域の星間物質は、プラズマ、ヘリウム、および中性水素の混合物です。それは、複数の超新星爆発によって生成された可能性が高いプラズマで満たされた大きな空洞であるローカルバブルで見つかった、星間塵やその他の星風とともに、部分的にイオン化された暖かい雲によって形成されます。私たちをこれから隔てている障壁は、冥王星の軌道をはるかに超えた領域を占めており、定義して測定することができます.
「ある意味では、星間空間を移動する私たちの船のようなものです」と McComas 氏は言います。 1970 年代に打ち上げられたボイジャー探査機のデータが示したように、それがなければ、私たちは地球に到達する宇宙線の 4 倍の量を地球に浴びることになり、地球のオゾン層と私たちの DNA の両方に損傷を与えることになります。今年は、IBEX からのデータを使用して、McComas と彼の同僚が太陽圏の内部からの 3D マップを作成することができました。科学者は、外部からのものの非常に限られた感覚しか持っていません。過去 10 年間に、ボイジャー 1 号とボイジャー 2 号の両方が、ヘリオポーズと呼ばれる層である太陽圏の境界を越え、バブル船の前部の形状に関するデータを提供しました。 (ボイジャーは太陽の前を同じ方向に走っています。)
「これらの原位置 最近 The Astrophysical Journal に掲載された論文で、McComas と彼の同僚は次のように書いています。 、「太陽圏の規模に関して必要なグラウンドトゥルースを提供しましたが、そのため、特定の時点での2つの宇宙船の軌道に沿った直接測定しかなく、太陽圏の寸法に関する重要ではあるが非常に空間的および時間的に限られた情報を提供しています. .」
ボイジャーとは異なり、IBEX には光を集めるカメラがありません。むしろ、幅1メートル未満の六角形の両側に2つのセンサーがあり、エネルギー中性原子と呼ばれる粒子を収集します。水素の中性原子は、太陽圏から星間空間を分離する電磁境界を妨げられずにドリフトします。 「彼らは曲がりくねっています」と McComas 氏は言います。太陽圏に流れ込む星間中性ガスを直接観察することで、太陽圏が星間物質に対して移動している速度を推定できます。 (時速約 52,000 マイルで、比較的ゆったりとしたペースです。)
中性水素原子が電離ガス中の陽子に十分近づくと、陽子は水素原子から電子を奪い、その電子を奪うと、陽子は中性になり、水素原子は新しい陽子になります。電荷交換として知られるプロセス。新しいニュートラルには、電離ガスの特性があります。ニュートラルが作成された場所に対応する温度とバルクモーションがあり、「ホット」またはエネルギー領域を選択するために使用できます。アラバマ大学ハンツビル校の宇宙物理学者であり、IBEX に取り組んできたゲイリー・ザンクは、「これらのエネルギー中性原子を測定できる検出器があれば、基本的にはエネルギー中性原子がどこにあるのかを知ることになります。原子が作られました。」
これらは、太陽圏の境界から、および境界を越えて発生する可能性があります。毎秒約 310 マイルで移動する中性原子の集団は、超音速の太陽風が支配する領域から来ています。秒速約 62 マイルで移動する原子は、太陽風が星間物質に衝突するときに亜音速になる内側ヘリオシースから発生します。エネルギー中性粒子は、月の表面と相互作用する太陽風や、地球の磁気圏で発生するプロセスからも発生する可能性があります。
これらの粒子はあらゆる方向から私たちに向かってきており、その一部は太陽圏の内部で跳ね返っています。科学者は、太陽系が銀河の周りを漂うときに太陽の太陽風が星間空間とどのように相互作用するかを知る手がかりになります。平均的なアメリカ人より少し重い IBEX は、10 年以上にわたって地球を周回しており、太陽系の端を観測するのに十分な成功を収め、McComas は IMAP を使用してバリアをさらに調査する機会を得ました。
私たちの太陽系の遠い障壁を調査するために、McComas は、文字や単語の解釈を困難にする失読症という内部障壁に取り組む必要がありました。しかし、それは彼が今日の科学の道を歩む上で、複数の点で役立ったのかもしれません。
彼は小学校で読むことを学ぶのに苦労したので、手に入れたものは何でも分解して組み立て直すことに引き寄せられました.高校時代、プロパントーチを使って珍しいジュエリーをはんだ付けするビジネスを始め、中西部で販売し、3 年間で十分なお金を稼ぎ、実際に大学を卒業することを検討しました。その後、MIT で、彼は宇宙研究センターに参加しました。このセンターでは、マコーマスが経験した細かい組み立てを行う候補者が必要でした。
失読症と科学者としてのキャリアについての 2014 年の講演で、「「スロー」から星間フロンティアへの個人的な旅」と題されたマコーマスは、物理学への興味を発見したとき、不思議なほど直感的であることに気付いたと述べています。 「答えを理解できたような気がしました。」彼のプレゼンテーションの 1 つのスライドで、彼は 1990 年代に発見した、太陽の太陽風がその極ではるかに速いという発見を示す図を示しています。 「これは、私が自分の地域でどのようにコミュニケーションをとることができたかの典型的なものです」と彼は言いました. 「さまざまな知識を 1 つのグラフィックにまとめると、宇宙物理学者であればキャプションは必要ありません。」
彼は失読症のおかげで、人々の長所と短所を認識し、それによってより良いチームを形成できる、より協力的な科学者になることができたと考えています。 「IBEX ミッションを遂行するには、何百人もの人々が必要でした。あらゆる種類の異なるスキルを持つ人々が必要であり、うまく連携する必要があります」と彼は言いました。 「だから、失読症の人がなぜそれが良いのかを理解しやすい多様な考え方があると思います。」
IBEX の初期の結果が Science の表紙を飾った 2009 年。この衛星は、2 次元に平面化された「全天」マップ上に投影された謎のリボン構造を捉えました。 「IBEX の結果は本当に驚くべきものであり、排出量は、このかつてない地域の現在の理論やモデルのいずれにも似ていません」と McComas 氏は当時述べていました。 「私たちは、約100億マイル離れた星間境界で、小さく緩やかな空間変動が見られると予想していました。しかし、IBEX は、空の他の何よりも 2 倍から 3 倍明るい非常に細いリボンを示しています。」言い換えれば、IBEX が収集していた中性原子は、多かれ少なかれ同じ量ですべての方向から来ていたわけではありません。私たちの太陽の磁場が銀河の磁場と相互作用する方法が、彼らが考えていたよりもはるかに複雑であることは、科学者にとって大きなヒントです。それでも、科学者はリボンを使用して、銀河の磁場をどのように移動しているか、そしてそれらの磁場が太陽系にどのように影響しているかを収集できます.
リボンは印鑑のようなものです。それは、エネルギッシュな中性原子がソースから妨げられずに通過するときに直線的に伝播するのが見られる空の場所にマッピングされます。 「検出器で見ている場合、これらすべてのエネルギー中性原子が特定の半径方向に戻ってくることがわかります」とザンクは言います。海で太陽の光を浴びる状況と同じかもしれません。晴れた日には、わずかに幅の広い線のように、より明るい種類の光のパターンがある領域が常にある、とザンクは言います。 「海からの反射光から明るい光が見えるのは、その光があなたの目に直接向けられているからです」と彼は言います。
その Science の 11 月号で 、マッコーマスはそれを説明するために6つの理論を冒険しました。可能性のある説明のリストはすぐに 10 を超えましたが、いくつかはテーマのバリエーションです。今日、McComas は、そのうちの 1 つが正しいと多かれ少なかれ確信しています。
McComas 氏は、太陽風の一部であった荷電粒子の一部が現在中和されており、ヘリオポーズを通過して局所的な星間物質に放射状に伝播していると説明しています。それらは閉じ込められ、太陽圏全体に広がる磁場の周りを旋回します。最終的に、エネルギー中性原子は再中和し、太陽圏に向かって放射を戻します。この一連の電荷交換は、ヘリオポーズを超えて数百天文単位を起源とするリボンを説明することができます. (地球と太陽の間の距離である 1 天文単位は、9,300 万マイルです。)
IBEX は、数百天文単位の距離にあるプラズマを調べることができます。 IMAP では、500 天文単位以上に対応します。 「中性原子で見える距離には根本的な限界があります」と McComas 氏は言います。制限は、原子のエネルギーと電荷交換に関連しています。 IMAP は 6 億ドル以上の費用がかかり、McComas が特にリボン構造の原因についての彼の考えをよりよく検証できるようにするために、10 個の機器一式を搭載する予定です。より感度の高い測定により、その原因を特定できます。
IMAP は、天体物理学者が太陽圏がどのように見えるかを最終的に決定するのに役立つ可能性があります。標準的な見方では彗星のように見えるが、ボストン大学の宇宙プラズマ物理学者である Merav Opher は、シミュレーションを使用して、クロワッサン型の太陽圏で、より丸みがあり、ローブがあると主張している。 「それは、星が自分自身の泡にどのように包まれているか、そしてそれらの泡が銀河宇宙線をどのようにフィルタリングするかについて深い意味を持っています」と彼女は言います. Opher と彼女の同僚は、星間磁場がどのように太陽圏を圧迫し、特にその南部で非対称になるかを予測し、ボイジャーがそれを確認しました。プラズマが流れ出さなければならないので、完全な球にはなりません。 「ホーンが必要です」とオーファーは言います。 「プラズマの出口が必要です。」
IBEX よりも高いエネルギー領域でエネルギー中性原子をマッピングする IMAP は、モデルを制約するのに役立ちます。特に、太陽圏に長い尾があり、何千もの天文単位が伸びているか、またはその長さの何分の 1 かの比較的コンパクトな尾があるかどうかが重要です。それでも、Opher と彼女の同僚は、その場で 測定は非常に重要であり、2030 年代に向けて太陽圏を数百天文単位離れた場所に探査機を送り出すことを提案しています。
IMAP の開始により、McComas 氏は「非常に完全な科学的仕事」を行うことを楽しみにしています。理想的なのは、どのような物理学が太陽系の進化する宇宙環境を根本的に制御しているか、つまりリボンの起源を発見することです。これには1つか2つの驚きが含まれることを望むかもしれません.初めてではないでしょう。私たちのビデオ通話で、McComas は、IBEX が 2008 年 10 月にクェゼリン環礁から、飛行機から投下されたペガサス ロケットの上から宇宙に打ち上げられた直後の、まったくの不安のエピソードを思い出しました。クリスマス後にデータのストリーミングが開始され、IBEX の機器に不具合が発生しているように見えました。
「[データの]最初の帯は、赤道の南にあるこの明るいものを示していました」とMcComasは私に言いましたが、これは一般的な理論では予測されていませんでした. Scienceの彼の物理的なコピーで 彼の作品が表紙を飾っている号を手元に置いて、彼は全天地図の一部を指さしました。彼によると、データの 2 番目のスワスも明るいスワスを示しています。宇宙船が調整を行い、構造が出現し始めるまで、チームは息を吐きませんでした。それはリボンでした。彼らは本物を見ていました.
Virat Markandeya は、デリーを拠点とするサイエンス ライターです。
リード画像:oobqoo / Shutterstock
