4月の日食中に太陽を研究するという野心的な計画

北米中の太陽科学者たちは、太陽の最も奇妙な部分であるコロナを観察するために、4月の皆既日食を研究することになる。

皆既のときにのみ現れる明るい後光として一瞬だけ見えますが、可視光では太陽の残りの部分よりも100万倍暗いです。 コロナはまた、約6000℃しか達しない太陽の表面、つまり光球よりも100万度も高く、太陽系内に何百万キロメートルも広がっています。

コロナは、太陽の磁場が荷電粒子に作用して、ストリーマー、ループ、プルームなどと呼ばれる複雑な形状を形成する場所です。 コロナを理解することは、太陽から宇宙に飛ばされる荷電粒子の流れである太陽風を予測するのに役立ちます。 これがオーロラの原因ですが、宇宙飛行士、人工衛星、電力網に対する潜在的な脅威でもあります。

4月8日の皆既日食への期待は非常に高まっている。なぜなら、太陽が完全に覆われる皆既日食が最大4分27秒続くためであり、陸上におけるこのような期間は過去10年以上で最長である。 これから行われる実験の一部をご紹介します。

太陽風シェルパ

ハワイ大学天文学研究所の太陽研究者であるシャディア・ハバル氏は、特別なフィルターとカメラを使用してコロナの最深部からの粒子の温度を測定し、ほぼ30年間日食を追跡してきた。

現在、ソーラー・ウィンド・シェルパとして知られるハバルのグループは、マーシャル諸島、ケニア、モンゴル、ノルウェーのスバールバル諸島、南極大陸、リビアなど、遠く離れた場所まで旅をしてきた。 ハバルと彼女のチームは、日食のたびに、そのうちのいくつかはわずか数秒しか続きませんが、フィルターを使用してコロナを画像化します。 コロナ内の帯電した鉄粒子が発する光のさまざまな波長を研究することで、温度を明らかにすることができます。

ほとんどの場合、コロナを研究する太陽物理学者は、望遠鏡の円盤を使って太陽を遮る宇宙天文台のコロナグラフに頼っています。 しかし、これらの装置はコロナの最深部、プロミネンスと呼ばれるプラズマの塔やコロナ質量放出と呼ばれる噴火の源を覆い隠します。

「皆既中の観察は非常に重要です」とハバル氏は言います。 太陽の大気の表面から少なくとも 5 太陽半径まで広がる部分を連続的に観察する方法は他にありません。 「これは、太陽大気がどのように太陽から始まり、その後惑星間空間に広がるかを理解するための基礎です」と彼女は言います。 そうして初めて、コロナをシミュレートし、宇宙天気の予測に役立つ正確なコンピューターモデルが考案されるのです。

過去数年で、ハバルのグループは驚くべき発見をしました。 現在、太陽は 2025 年の太陽極大期に向かっており、太陽風が強まる 11 年周期の中で最も活動的な時期となります。 皆既日食の太陽活動極大時にはコロナがより大きく見えるため、太陽周期とコロナの温度は密接な関係があると考えられていました。 しかし、それはそれほど単純ではないかもしれません。

2021年、ハバル氏らは、14回の皆既日食中に得られた観測から、コロナの温度が太陽周期に依存しないことを示唆する研究結果を発表した。 太陽の磁場の線は開いて太陽風に乗って外側に広がることもあれば、閉じてより高温になりループを形成することもあります。 「サイクルに関係なく、どこでも開いた磁力線が見つかりました」とハバル氏は言います。 これは、コロナの温度がほぼ一定であることを意味します。

ハイフライヤー

2019年以降、悪天候により観測ができなくなった。「2020年にはチリで雨が降り、2021年には南極の海に雲があったが、2022年には日食は発生しなかった」とハバル氏は言う。 チームメンバーのベネディクト・ユステンが、次回は光を成分の波長に分離する分光計を備えた凧を飛ばすことができると提案したのは、南極への遠征中にだった。

NASAが資金提供した翼幅6.5メートルの凧は、2023年4月の皆既日食中に西オーストラリア州での実験に成功した。車両に取り付けられた長さ1キロメートルのテザーで打ち上げられた。 「それは本当に奇跡的でした」とハバルは言う。 悪天候のため、チームは皆既飛行のわずか45分前に初めて飛行した。 「スリル満点でした。」

この技術が今後の日食でうまく機能すれば、凧は将来さらに配備され、おそらくカメラが追加されることになるでしょう。 「風船を使うよりもはるかに簡単で安価です」とハバル氏は言います。 しかし、うまくいかなかった場合でも、常にバックアップがあります。

皆既日食の間、2機のWB-57飛行機が日食の極大点のすぐ南西で、月の影の速度の約4分の1である時速740キロメートルで相互に追跡します。 この速度では、皆既速度は地上から見た場合の 4 分 27 秒から 6 分以上に増加します。 「WB-57はこの目的に最適です。ノーズコーンにはカメラと望遠鏡システムが組み込まれており、航空機がどの方向に飛行していても、回転してあらゆる方向を向くことができます」とコロラド州ボルダーのサウスウエスト研究所のアミール・カスピ氏は言う。 、コロナを別の方法で研究するための2番目のWB-57の実験を担当しています。

カスピと彼のチームは、安定したプラットフォームを使用し、可視光カメラとNASAが開発した高解像度の中赤外線カメラの両方を使用して日食の画像を撮影します。 後者は、7 つの異なる波長の光を捉え、コロナ内のどの構造が独自の光を発し、どの構造が太陽表面からの光を散乱しているだけであるかを判断するのに役立ちます。 「こうした観測を行うには、できる限り大気圏の上空にいる必要があります」とカスピ氏は言う。 赤外線は地球の大気によって吸収されるため、地上から観測するのは困難です。

ライブストリーマー

Caspi は、市民大陸アメリカ望遠鏡日食 (CATE) プロジェクトの一部でもあります。このプロジェクトは、テキサス州からメイン州まで皆既の道を歩む 35 の市民科学者のチームを使用して、連続 60 分の高解像度映画を作成するという試みです。同じカメラ、望遠鏡、訓練を受けているため、まったく同じ種類の観察が可能です。 「各チームは、各ステーションが隣接するステーションと重なるように間隔をあけて配置されます」とカスピ氏は言います。 「雲や機器の故障により、1 つのステーションがデータを取得できなくても、大丈夫です。」

昨年西オーストラリア州でのテストに成功したため、同氏はこの装置が機能することを期待している。 「あれは私が見た初めての日食でした」とカスピさんは言います。彼は YouTube でライブストリーミングするのに忙しかったため、ほんの数秒しか見ることができませんでした。 「私たちの機器はオンラインに接続できなかったので、ずっと携帯電話を顔の前にかざして過ごしていました。」

日食 2024

4月8日には皆既日食がメキシコ、米国、カナダの上空を通過します。 私たちの特別シリーズでは、日食をいつどのように見るかから、史上最も奇妙な日食体験まで、知っておくべきことすべてを取り上げています。

この映画により、科学者はコロナの複雑さ、特にその形状や短期間でどのように変化するかを研究できるようになることが期待されている。 これは、パス全体で 68 台のカメラを使用した 2017 年の CATE プロジェクトに基づいて構築されています。 今回は、さまざまな種類の偏光に敏感な、より洗練されたカメラが使用されます。

「皆既中に見られる光のほとんどは、実際には太陽の表面からの光であり、コロナに突入して電子を散乱させます」とカスピ氏は言います。 これは K コロナ、つまりコロナ自体からのみ発せられる光を圧倒する明るい内部部分です。 光は散乱すると角度がつき、これを偏光と呼びます。 「偏光角を測定できれば、コロナの 3D 構造、その密度、そしてそれが時間の経過とともにどのように変化するかがわかります」と彼は言います。

皆既日食中は時間が足りないため、1 時間の連続ビデオを使用することで、太陽フレアやコロナ質量放出など、数秒または数分かかるプロセスやその他の詳細を捉えることができます。 「コロナには複雑な磁場が浸透しています」とカスピ氏は言う。 「皆既中、私たちは磁場を見るのではなく、磁場に沿って閉じ込められた熱いプラズマを見るのです。ちょうど磁石の周りの磁場の周りに鉄粉が見えるのと同じです。」