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2003年
11月06日号
ボイジャー１号、ついに太陽圏を脱出か？
その２
このページは、ＮＡＳＡ情報の
2003年11月06日号です。
Credit: NASA
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ＮＡＳＡのボイジャー１号宇宙船は、太陽系の最終的なフロンティアとして太陽からの風が、星との間でまばらなガスに対して熱く吹く巨大な広がりの恒星間空間に入る最初の宇宙船として再び歴史に残ろうとしています。
しかし、その範囲に着く前にボイジャー１号は、高エネルギーの粒子の光源である激烈な区域のターミネーションショックを通り抜けなければなりません。
この荒れ狂う区域を通してボイジャーの旅行は、科学者に私たちの太陽系の未踏である最終的な境界、つまり太陽圏の鞘（覆い）と呼ばれている領域について、最初の直接測定をします。現在、科学者はこの旅行がすでに始まったかどうか討論しています。
この調査について２つの論文が、2003年11月5日にネイチャーで発表されました。
メリーランド州ローレルのジョンズホプキンス大学実用物理研究所のStamatios
M. Krimigis博士と彼のAPLチームは、ボイジャー１号がターミネーションショックを越えて通ったという主張を支える証拠をあげて論文を発表しました。
メリーランド大学のフランクB.マクドナルド博士とそのチームは、別の論文でAPLチームの主張に不利な証拠をあげました。
さらに、ＮＡＳＡのゴダード宇宙飛行センターのレナードF. Burlaga博士とそのチームは、2003年10月30日地球物理学調査論文で、ボイジャー１号がターミネーションショックを越えて通らなかったという証拠をあげて第３の論文を発表しました。
ＮＡＳＡ本部の太陽地球関連調査プログラムのエリック・クリスチャン博士は、ボイジャー１号の観察は、太陽系の新しい部分の領域に入り始めたことを示しているとして、ターミネーションショックを横切ったかどうかにもかかわらず、内部の太陽系の中の観察とは異なる興奮させるこれまで見られなかったデータに遭遇していると述べています。
太陽からの風が恒星間の風に対して急に減速し、外界を押して巨大な衝撃波ができる空間で、ボイジャー１号は深い領域の著しい徴候を見せました。
この新しい領域は、ボイジャーが探検して初めて見せた発見で、非常に太陽系の外の端であるような観察としてボイジャー・プロジェクトの科学者たちを驚かせるとともに当惑させています。
現在ボイジャー１号は、太陽から１３０億キロメートル以上も離れいる人類が造った最も遠くの物体になりました。
ボイジャー１号は、1977年9月5日に打ち上げられ、土星の重力によって深淵空間の方へ追い出される前に、巨大な惑星木星と土星を探査しました。
ボイジャー１号は、ターミネーションショックを越えた領域に一時的に入って現在、接近したかもしれません。
Credit: NASA
ターミネーションショックは、太陽から絶えず吹きつけられる電気で満たされたガスの薄い流れの領域で、太陽風が恒星の間でガスからの圧力によって遅くなるところです。
ターミネーションショックで太陽風は、１秒につき300kmから700kmとその平均の速度よりも急に減速します。
ターミネーションショックの正確な場所は、知られていなくて、そこは元々、現在のボイジャー１号周辺よりも太陽に近いと思われていました。
ボイジャー１号が太陽からこれまでにより遠くに巡航したので、そこが全ての惑星が太陽風によって吹きつけられる巨大な泡内部にあることを確認でき、ターミネーションショックがはるかに遠いところとわかりました。
このページの最初の動画を参照してください。
私たちは、恒星間空間に関して正確な状況を知らないので、ターミネーションショックの場所を推定することは難しいことです。またそこは、私たちが知っている速度もターミネーションショックが広がる原因になる変化の太陽風の圧力さえも縮んで、波状になります。
それは、食器皿を洗う時に類似した影響を見ることができます。
水の流れの下に皿を置くならば、水が比較的スムーズな流れで皿の上に広がると気がつきます。
そして、水流は、水が急に失速して積もる起伏の多い端になります。端は、ターミネーションショックのように、水流が変わって形と起伏の多い縁に大きさが変わります。
動画の３を参照してください。
動画３
Credit: NASA
2002年8月1日から2003年2月5日にかけて科学者は、ボイジャー１号の２台の精力的な粒子計器が、普通でない記録を示したことに気がつきました。そして、どちらのデータも違った太陽系の領域に入ったことを示しました。
これは、何人かの科学者にボイジャーがターミネーションショックの一時的な特徴に入ったかもしれないと主張させました。
小さい隆起と「指状突起」が現れて皿の上に水流の起伏の多い縁で消えるちょうどそのように、ボイジャーがターミネーションショックの縁に一時的な「手」を入れたかもしれませんでした。
太陽風が、ターミネーションショックで急に減速するので、ボイジャーがまだ太陽風の速度を計ることができるならば、論争は簡単に解決されるでしょう。
とはいえ、宇宙船に搭載してある太陽風速度を測定する計器は、もはや機能していません。ボイジャーが、ターミネーションショックを突破したかどうかについて推測するには、他の搭載している計器からのデータを科学者が分析することになります。
Credit: NASA
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ショックを横切ることの証拠は、高速度電気で満ちた粒子（電子とイオン）が、2002年8月1日から2003年2月5日の間のデータと比べて、100倍増えたというボイジャーの観察が含まれます。
ボイジャーが、ターミネーションショックを通過するならば、ショックが自然に前後にはねる電気で満ちた粒子を速めるので、ピン・ボールのようにショックの反対側で速くそして遅い風との間であると予想されるでしょう。
第２に、粒子は外へ流れて、ボイジャーを過ぎて太陽から遠く離れています。
ターミネーションショックでの加速範囲が、現在宇宙船の後にあるので、ボイジャーがターミネーションショックを越えてすでに横切ったならば、これは予想されるでしょう。
第３に、間接的なかなりの太陽の風速が予想されて、ボイジャーがショックを越えているならば、太陽風がこの段階の間に遅かったことを示します。
APLチームの科学者たちは、太陽風が時間当たりおよそ16kmから110km未満の間で多くの失速を示すために間接的な技術を使用しました。この技術は、ボイジャー１号がまだ太陽の風速を計測する計器が作動していたときと同じもので、この両方の計測値の一致が、ほとんどの場合２０％の誤差の範囲内であったと述べています。
ショックへの進出に不利な証拠は、低速粒子の劇的な増加があった一方、科学者がターミネーションショックが起こすと思う多少より高速度が、データに見られなかったという観察が含まれています。
しかし、進出に不利な最も強い証拠は、磁場がこの期間の間に増加しなかったというボイジャーの観察です。
理論上のモデルによれば、太陽風が失速するときはいつでも、これは起こらなければなりません。
穏やかな交通を伴なうハイウェイを想像します。例えば水たまりなど何かがドライバーに速度を落とさせるならば、車間距離が縮まり密度が増加して、場合によって車は衝突します。
同様に、太陽風が失速するならば、太陽風によって伝えられる磁場の密度（強度）は増加します。
ＮＡＳＡ/GFSCのBurlagaチームは、2002年後半のボイジャー１号の磁場観察の分析は、それがターミネーションショックを横切ったことによって遠い太陽圏の新しい地域に入らなかったことを示したと述べています。
そして、むしろ、磁気フィールド・データは、予想される特徴を観察される精力的な粒子の強度が異常に高いけれども、長年の以前の観察に根拠をおいているとも述べています。
いずれにしても各チームは、ボイジャー１号が低エネルギー粒子が非常に多量で、太陽から流れていた6ヵ月の期間に新しい現象を見たことに同意します。
普通でない期間が終わって、双方ともこれがターミネーションショックを越えた一時的な通路であるならば、ボイジャー１号が太陽風に戻ったことに同意しています。ショックは、次に続く年におそらく再び見ることになります。
最終的には、観察が誰もが考えたよりも、ターミネーションショックがもっとたくさん複雑なことを示します。
木星と土星への本来の飛行任務のために、ボイジャー１号と姉妹宇宙船ボイジャー２号は、太陽電池板が動作できない宇宙の領域を予定したので、各々の宇宙船システムと計器の電力を発生させる３台の放射性同位元素熱電気発電機を備えていました。
26年後の現在も遥か遠くの冷たい闇の状況でも、ボイジャーには、これからも動きその寿命を維持するためにエネルギー源としてプルトニウム二酸化物の自然の崩壊で発生する熱の発電機から電気が供給されます。
