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太陽たいよう圏けん

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア（Wikipedia）』
IBEXによるエネルギー中性ちゅうせい原子げんしマップ Credit: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio.

太陽たいよう圏けん（たいようけん）、または太陽系たいようけい圏けん（たいようけいけん）、ヘリオスフィア（Heliosphere）は、太陽系たいようけいの周囲しゅういの荷電かでん粒子りゅうしの泡あわであり、太陽たいよう風ふうの届とどく範囲はんいの空間くうかんである。電気でんき的てきに中性ちゅうせいな原子げんしは太陽たいよう圏けんを通とおり抜ぬけることができるが、事実じじつ上じょう、太陽たいよう圏けんの全すべての物質ぶっしつは太陽たいよう自身じしんから放出ほうしゅつされている。

太陽たいようから半径はんけい数すう百ひゃく億おくkmは、太陽たいよう風ふうは100万まんkm/h以上いじょうの速度そくどで吹ふく[1][2]。星ほし間あいだ物質ぶっしつと相互そうご作用さようをし始はじめると、太陽たいよう風ふうの速度そくどは低下ていかし始はじめ、最終さいしゅう的てきに止とまる。太陽たいよう風ふうが減速げんそくし始はじめる地点ちてんは末端まったん衝撃波しょうげきは面めんと呼よばれ、太陽たいよう風ふうは減速げんそくしながらヘリオシースを進すすみ、星ほし間あいだ物質ぶっしつと太陽たいよう風ふうの圧力あつりょくが平衡へいこうになるヘリオポーズに達たっする。

ヘリオポーズを超こえると、星ほし間あいだ物質ぶっしつが太陽たいよう圏けんに衝突しょうとつするようになり、かつてはバウショックと呼よばれる領域りょういきが存在そんざいすると考かんがえられていたが、IBEXのデータによると、星ほし間あいだ物質ぶっしつの中なかを進すすむ太陽たいようの速度そくどは、バウショックを形成けいせいするには小ちいさすぎることが示唆しさされた[3]。また、カッシーニとIBEXのデータから、2009年ねんには挑戦ちょうせん的てきな「太陽たいよう尾お」理論りろんが提唱ていしょうされた[4][5]。ボイジャーのデータからは、ヘリオシースは「磁気じきバブル」と「よどみ領域りょういき」を持もつという新あたらしい理論りろんが提唱ていしょうされた[6][7]。

ヘリオシースの中なかの「よどみ領域りょういき」は、113天文てんもん単位たんいから始はじまることが、2010年ねんのボイジャー1号ごうの観測かんそく結果けっかから発見はっけんされた[6]。ここでは、太陽たいよう風ふうの速度そくどは0になり、磁場じばの強つよさは2倍ばいになり、銀河ぎんがからの高こうエネルギー電子でんしは100倍ばいになる[6]。120天文てんもん単位たんいの位置いちにいたボイジャー1号ごうは、2012年ねん3月がつから宇宙うちゅう線せんの急激きゅうげきな増加ぞうかを検出けんしゅつし始はじめ、ヘリオポーズに近ちかづいている明あきらかなサインだと考かんがえられた[8]。

太陽たいよう風ふう[編集へんしゅう]

詳細しょうさいは「太陽たいよう風ふう」および「惑星わくせい間あいだ物質ぶっしつ」を参照さんしょう

太陽たいよう風ふうは、粒子りゅうし（コロナから放出ほうしゅつされるイオン化いおんかされた原子げんし）と場ば（特とくに磁場じば）から構成こうせいされる。太陽たいようは約やく27日にちの周期しゅうきで自転じてんしているため、太陽たいよう風ふうによって運はこばれる磁場じばは、螺旋らせん状じょうになる。太陽たいようの磁場じばの変化へんかは太陽たいよう風ふうによって外そと向むきに伝つたえられ、地球ちきゅうの磁気圏じきけんに対たいしても磁気嵐じきあらしを引ひき起おこす。

構造こうぞう[編集へんしゅう]

太陽たいよう圏けん電流でんりゅうシート[編集へんしゅう]

木星もくせいの軌道きどうより外側そとがわの太陽たいよう圏けん電流でんりゅうシート
詳細しょうさいは「太陽たいよう圏けん電流でんりゅうシート」を参照さんしょう

太陽たいよう圏けん電流でんりゅうシートは、太陽たいようの回転かいてんする磁場じばによって形成けいせいされる太陽たいよう圏けんのさざ波なみである。太陽たいよう圏けん全体ぜんたいに広ひろがり、太陽系たいようけいで最もっとも大だい規模きぼな構造こうぞうだと考かんがえられている。その形かたちは、「バレリーナのスカート」に例たとえられる[9]。

周辺しゅうへん構造こうぞう[編集へんしゅう]

太陽たいよう圏けんの周辺しゅうへん構造こうぞうは、太陽たいよう風ふうと恒星こうせい間あいだ風ふうの相互そうご作用さようによって決定けっていされる。太陽たいよう風ふうは、太陽たいようから全すべての方角ほうがくに数すう百ひゃくkm/s（地球ちきゅう近傍きんぼう）の速度そくどで吹ふき出だす。海王星かいおうせいの軌道きどう以遠いえんのある距離きょりで、超ちょう音速おんそくの太陽たいよう風ふうは、星ほし間あいだ物質ぶっしつのガスと出会であう前まえに減速げんそくされる必要ひつようがある。これには、いくつかの段階だんかいを経へる。

  • 太陽たいよう風ふうは、太陽系たいようけい内ないを超ちょう音速おんそくで進行しんこうし、末端まったん衝撃波しょうげきは面めんで速度そくどが音速おんそく以下いかにまで落おちる。
  • 亜あ音速おんそくまで速度そくどが落おちると、太陽たいよう風ふうは周囲しゅういの星ほし間あいだ物質ぶっしつの流ながれの影響えいきょうを受うけ始はじめる。その圧あつ力りょくにより、理論りろん的てきには、彗星すいせいのような「太陽たいよう尾お」を生しょうじる。この領域りょういきは、ヘリオシースと呼よばれる。しかし、2009年ねんの観測かんそくで、このモデルは誤あやまっていることが示しめされた[4][5]。2011年ねん時点じてんでは、磁気じきの「泡あわ」で満みたされていると考かんがえられている[10]。
  • 太陽たいよう圏けんが星ほし間あいだ物質ぶっしつと出会であうヘリオシースの外表そとおもて面めんは、ヘリオポーズと呼よばれる。ここが太陽たいよう圏けんの端はしに相当そうとうする。2009年ねんの観測かんそくでは、このモデルに適合てきごうする結果けっかが得えられた[4][5]。
  • 理論りろん的てきには、太陽たいようが銀河系ぎんがけいを公転こうてんすると、太陽たいよう圏けんが星ほし間あいだ物質ぶっしつに乱みだれ流りゅうを生しょうじさせる可能かのう性せいがある。星ほし間あいだ物質ぶっしつに対たいする太陽たいよう圏けんの圧あつ力りょくによって生しょうじる乱らん流りゅうの領域りょういきは、バウショックと呼よばれる。しかし、IBEXのデータで、星ほし間あいだ物質ぶっしつの中なかを進すすむ太陽たいようの速度そくどが遅おそいため、バウショックは形成けいせいされないことが示唆しさされた[3]。

末端まったん衝撃波しょうげきは面めん[編集へんしゅう]

身近みぢかなところでは、シンクの跳とべ水すいで末端まったん衝撃波しょうげきは面めんが見みられる。

末端まったん衝撃波しょうげきは面めんは、恒星こうせい間あいだ物質ぶっしつとの相互そうご作用さようによって太陽たいよう風ふうの速度そくどが低下ていかし、亜あ音速おんそくになる地点ちてんである。これにより、圧縮あっしゅく、加熱かねつ、磁場じばの変化へんかが生しょうじる。太陽系たいようけいでは、末端まったん衝撃波しょうげきは面めんは、太陽たいようから75から90天文てんもん単位たんいの距離きょりにあると考かんがえられている[11]。ボイジャー1号ごうは2004年ねん、ボイジャー2号ごうは2007年ねんに、太陽たいようの末端まったん衝撃波しょうげきは面めんを通過つうかした[12]。

星ほし間あいだでの音速おんそくが約やく100km/hなのに対たいして、太陽たいようから放出ほうしゅつされる太陽たいよう風ふうは約やく400km/hであるため、衝撃波しょうげきはが生しょうじる（実際じっさいの速度そくどは、大幅おおはばに変動へんどうする密度みつどに依存いぞんする）。星ほし間あいだ物質ぶっしつの密度みつどは非常ひじょうに小ちいさいが、一定いっていの圧力あつりょくを持もっており、太陽たいよう風ふうの圧力あつりょくは、距離きょりの2乗じょうに比例ひれいして減少げんしょうする。太陽たいようから十分じゅうぶんに遠とおくなると、星ほし間あいだ物質ぶっしつの圧力あつりょくが太陽たいよう風ふうの速度そくどを音速おんそく以下いかに低下ていかさせるのに十分じゅうぶんな強つよさを持もち、衝撃波しょうげきは面めんを形成けいせいする。

太陽たいようから外側そとがわに向むかうと、末端まったん衝撃波しょうげきは面めんに続つづいてヘリオポーズの領域りょういきに入はいる。ここでは、太陽たいよう風ふうの粒子りゅうしは、星ほし間あいだ物質ぶっしつによって進行しんこうが止とめられる。

2005年ねん5月がつ、アメリカ地球ちきゅう物理ぶつり学がく連合れんごうにおいて、カリフォルニア工科こうか大学だいがくのエドワード・ストーンは、磁場じばの変化へんかの状況じょうきょうから、ボイジャー1号ごうが2004年ねん12月に太陽たいようから94天文てんもん単位たんいの距離きょりにある末端まったん衝撃波しょうげきは面めんを通とおり抜ぬけたと見みられると発表はっぴょうした。一方いっぽう、ボイジャー2号ごうは、2006年ねん5月がつ、太陽たいようからわずか76天文てんもん単位たんいの距離きょりで戻もどってくる粒子りゅうしを検出けんしゅつし始はじめた。これは、太陽たいよう圏けんが北きた方向ほうこうに膨ふくらみ、南みなみ方向ほうこうは押おしつぶされたような不規則ふきそくな形かたちをしていることを示しめしている[13]。

ヘリオシース[編集へんしゅう]

ヘリオシースは、末端まったん衝撃波しょうげきは面めんの先さきの太陽たいよう圏内けんないの領域りょういきである。ここでは、太陽たいよう風ふうの速度そくどは遅おそくなり、圧縮あっしゅくされ、星ほし間あいだ物質ぶっしつとの相互そうご作用さようで攪乱かくらんされている。太陽たいようからの距離きょりは、約やく80から100天文てんもん単位たんいである。

別べつの理論りろんでは、ヘリオシースは彗星すいせいのコマのような形かたちで、太陽たいようが進すすむ方向ほうこうの反対はんたい側がわに何なん倍ばいも長ながい尾おを引ひいているとされる。風上かざかみでは、その厚あつさは10から100天文てんもん単位たんいと推定すいていされる[14]。しかし、2009年ねんの観測かんそくで、このモデルは間違まちがっていることが示しめされた[4][5]。

ボイジャー1号ごうとボイジャー2号ごうのミッションには、ヘリオシースの観測かんそくも含ふくまれている。2010年ねん末まつ、ボイジャー1号ごうは、太陽たいよう風ふうの速度そくどが0になるヘリオシースに到達とうたつした[15][16][17][18]。2011年ねんには、ボイジャーの観測かんそくにより、ヘリオシースは滑なめらかではなく、太陽たいよう風ふうと星ほし間あいだ物質ぶっしつの衝突しょうとつでできた幅はば1億おくマイルのバブルでできていることが発表はっぴょうされた[19][20]。ボイジャー1号ごうと2号ごうは、それぞれ2007年ねんと2008年ねんからバブル構造こうぞうの証拠しょうこを検出けんしゅつし始はじめていた[20]。バブルは恐おそらくソーセージのような形かたちをしており、磁場じば再さい結合けつごうによって形成けいせいされる[20]。

ヘリオポーズ[編集へんしゅう]

詳細しょうさいは「ヘリオポーズ」を参照さんしょう

ヘリオポーズは、太陽たいようからの太陽たいよう風ふうの進行しんこうが星ほし間あいだ物質ぶっしつによって止とめられる理論りろん上じょうの境界きょうかいであり、ここでは太陽たいよう風ふうは周囲しゅういの恒星こうせいからの恒星こうせい風ふうを押おし戻もどすのに十分じゅうぶんな力ちからを持もたない。ボイジャー1号ごうは、2014年ねんまでにヘリオポーズを通過つうかすると期待きたいされている。ヘリオポーズに到達とうたつすると、荷電かでん粒子りゅうしの温度おんどが急激きゅうげきに下さがり[16]、磁場じばの方向ほうこうが変化へんかし、宇宙うちゅう線せんが増加ぞうかすると考かんがえられている[8]。2012年ねん5月がつ、ボイジャー1号ごうは宇宙うちゅう線せんの急増きゅうぞう（2009年ねん1月がつから2012年ねん1月がつまでに25%増加ぞうかし、その後ご1ヶ月かげつごとに9%の増加ぞうか）を検出けんしゅつし、ヘリオポーズに近ちかづいていることが示唆しさされ[8]、2012年ねん8月がつ25日にち、ボイジャー1号ごうが人工じんこう物ぶつとして初はじめて、ヘリオポーズに到達とうたつし、太陽たいよう圏外けんがいに出でたと2013年ねん9月がつ12日にちにNASAが発表はっぴょうした[21]。

バウショック[編集へんしゅう]

オリオン星雲せいうんのオリオン座ざLL星ほしのバウショック
Hubble, 1995
うみへび座ざR星ほしのバウショックの赤外線せきがいせん画像がぞうとイメいめージ図じず
詳細しょうさいは「バウショック」を参照さんしょう

2012年ねん、太陽たいようはバウショックを持もたないことが確認かくにんされた。それ以前いぜんは、太陽たいようは星ほし間あいだ物質ぶっしつ内ないを進行しんこうすることでバウショックを生しょうじると仮定かていされていた。バウショックは、星ほし間あいだ物質ぶっしつが超ちょう音速おんそくで太陽たいように向むかってくる場合ばあいに形成けいせいされる。星ほし間あいだ風ふうが太陽たいよう圏けんにぶつかると、速度そくどが低下ていかし、攪乱かくらん領域りょういきを生しょうじる。アメリカ航空こうくう宇宙うちゅう局きょくのRobert NemiroffとJerry Bonnellは、太陽たいようのバウショックは230天文てんもん単位たんいの位置いちにあると信しんじている[11]。

GALEXによって、太陽系たいようけいの外側そとがわにこの現象げんしょうが観測かんそくされた。くじら座ざの赤色あかいろ巨星きょせいミラは、彗星すいせい状じょうの塵ちりの尾おも進行しんこう方向ほうこうのバウショックも持もつことが示しめされた。

宇宙うちゅう機きによる探索たんさく[編集へんしゅう]

初期しょきの探査たんさ機き[編集へんしゅう]

ヘリオポーズまでの正確せいかくな距離きょりやその形かたちは、まだ分わかっていない。パイオニア10号ごう、パイオニア11号ごう、ボイジャー1号ごう、ボイジャー2号ごうなどの惑星わくせい間あいだ探査たんさ機きは、太陽系たいようけいを超こえ、最終さいしゅう的てきにはヘリオポーズを通とおり抜ぬける。

  • ボイジャー1号ごうは、2004年ねん12月がつ中旬ちゅうじゅんに、94天文てんもん単位たんいの距離きょりで末端まったん衝撃波しょうげきは面めんを超こえ、ヘリオシースに入はいったと考かんがえられている[22]。当初とうしょは、2002年ねん8月がつに85天文てんもん単位たんいで入はいったと言いわれていたが、現在げんざいでは時期じき尚早しょうそうであったとされている[23]。2012年ねん8月がつ25日にちに、ヘリオポーズに到達とうたつし太陽たいよう圏外けんがいに出でたとNASAが発表はっぴょうした[21]。
  • ボイジャー2号ごうは2007年ねん8月がつ30日にちに84天文てんもん単位たんいの距離きょりで末端まったん衝撃波しょうげきは面めんを超こえた[24]。

カッシーニによる探索たんさく[編集へんしゅう]

カッシーニの観測かんそくデータによると、太陽たいよう圏けんは彗星すいせいのような形かたちではなく、バブルのような形かたちをしていることが示唆しさされる。太陽たいよう風ふうと星ほし間あいだ物質ぶっしつの衝突しょうとつが起おこるだけではなく、エネルギー中性ちゅうせい原子げんしのマップによると、粒子りゅうしの圧力あつりょくと磁場じばエネルギーの密度みつどによって、相互そうご作用さようが制御せいぎょされていることが示唆しさされている[4]。

旧きゅうモデル ("彗星すいせい型がた")
新しんモデル (バブル型がた)[4]
2012年ねん時点じてんで、バウショックが存在そんざいしないことは確認かくにんされている[3]。

出典しゅってん[編集へんしゅう]

  1. ^ Dr. David H. Hathaway (2007年ねん1月がつ18日にち). “The Solar Wind”. NASA. 2007年ねん12月11日にち閲覧えつらん。
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  9. ^ Mursula, K.; Hiltula, T., (2003). “Bashful ballerina: Southward shifted heliospheric current sheet”. Geophysical Research Letters 30 (22): 2135. Bibcode: 2003GeoRL..30vSSC2M. doi:10.1029/2003GL018201. 
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  21. ^ a b NASA Spacecraft Embarks on Historic Journey Into Interstellar Space - NASA Jet Propulsion Laboratory
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  24. ^ David Shiga (2007年ねん12月10日にち). “Voyager 2 probe reaches solar system boundary”. NewScientist. 2008年ねん2月がつ6日にち閲覧えつらん。

外部がいぶリンク[編集へんしゅう]

内部ないぶ
地球ちきゅうの磁気圏じきけん
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