太陽系外の物質の密度は離れるほど高くなる
太陽系外の物質の密度 image by:NASA/JPL-Caltech

 さかのぼること2年前、2018年11月5日、41年もの壮大な旅の末にボイジャー2号がついに太陽圏を脱出し、恒星間宇宙へと進出した。だが、そのミッションはまだ終わっておらず、今もなお太陽系の外に広がる宇宙の様子を知らせてくれている。

 『The Astrophysical Journal Letters』(8月25日付)で発表されたその最新情報によると、ボイジャー2号が太陽から離れるほどに、どうしたわけか宇宙に漂う物質の密度が増しているとのことだ。

 じつは以前、同じ現象がボイジャー1号によっても伝えられている。今回のデータはその観測結果の裏付けとなるだけでなく、密度の高まりが非常に広い範囲で生じている可能性を示唆しているそうだ。
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太陽圏――太陽系の境界


 太陽系の境界はいくつか定義することができるが、ボイジャーの両機が突破したのは、「太陽圏(ヘリオスフィア)」と呼ばれる太陽風が届く範囲という意味での境界だ。

 太陽からは全方位に向けて電離したプラズマの粒子、すなわち「太陽風」が放出されている。

 太陽風は、太陽から数百億キロの半径内では時速100万キロ以上で吹いているが、やがて周囲の星間物質の圧力によって勢いが弱まり、どこかの地点でそれ以上飛ばなくなる。

 この地点のことを「ヘリオポーズ」といい、これが太陽圏の境界となる。その内側が太陽圏で、外側には恒星間宇宙が広がっている。

 ちなみに太陽圏はシンプルな球のような形をしているわけではない。どちらかというと、太陽系が先端にあり、そこから尾が流れているような楕円形で、先端は天の川を公転する太陽系の進行方向を向いている。

 ボイジャー両機が通過したのは先端側のヘリオポーズで、それぞれが異なる角度で太陽圏から離脱した。


NASA’s Voyager 2 Enters Interstellar Space

宇宙は真空ではない


 宇宙には何もない真空の空間というイメージがあるが、そんなことはない。密度はかなり低いが、一応物質が存在する。太陽風が吹いている太陽系内では、陽子と電子の数は1cm3あたり平均3〜10個だ。

 これが太陽圏の外になるとさらに密度は下がり、天の川内にある「星間媒質」(宇宙に存在するガスや塵など)の電子密度は、1cm3あたり平均0.037個と試算されている。


なぜか高まる物質の密度の謎


 地球から181億キロ離れたヘリオポーズを通過後、ボイジャー1号が最初にプラズマ振動の計測を行ったのは2013年10月23日のこと。地球から183億キロ離れた地点での計測結果によれば、1cm3あたりの平均電子数は0.055個だった。

 2019年1月30日、太陽圏から離脱したボイジャー2号もまた179億キロの遠方で計測を実施。1cm3あたりの平均電子数0.039個と、1号の計測値にかなり近い数値が得られた。

 奇妙なことに、両機のデータはともに太陽から離れるほどに密度が高まることを示している。その後さらに地球から29億キロ遠ざかったボイジャー1号の計測値は0.13個。同様に60億キロ遠ざかった2号の計測値は0.12個だった。

 密度が上昇したとはいえ、地球の大気圧プラズマ(大気圧で放電されるプラズマ)なら電子密度は1cm3あたり平均10兆個なので、それに比べればほとんど無にも等しい。それでも密度が上昇する原因は分かっておらず、謎めいている。

PIA22924-640

物質の密度が高まる2つの仮説


 その原因としては、ヘリオポーズでは恒星間の磁力線が強まっていることと関係があるという仮説が提唱されている。

 このために「電磁イオンサイクロトン不安定性」が発生し、ヘリオポーズ付近ではプラズマが少なく、そこから離れるほどに密度が高まるのだという。実際、ボイジャー2号はヘリオポーズを通過する際に、予想以上に強い磁場を検出している。

 もう1つの仮説は、太陽圏に吹いてくる恒星間風が、ヘリオポーズ付近で交通渋滞のような状態になり、速度が遅くなることと関係があるというものだ。こうした現象が起きていることを示すものとして、NASAの探査機ニュー・ホライズンズが検出した微弱な紫外線の輝きが指摘されている。

 なお、どちらの説も正しい可能性もあるとのこと。はっきりとした結論を出すには、今後も届けられてくるだろうボイジャー両機からの便りを待つしかないようだ。

References:voyager / sciencealert/ written by hiroching / edited by parumo
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コメント

1

1.

  • 2020年10月28日 09:32
  • ID:i5IRIZ0f0 #
2

2. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 09:40
  • ID:GoQiFsjz0 #

太陽系が船、宇宙空間が海で、物質密度が波って感じだね
あとヘリオポーズ内では太陽と惑星の重力とか磁場で引き寄せられて密度が薄い空間ってのもあるだろうけど

3

3.

  • 2020年10月28日 10:12
  • ID:N0ezMh1x0 #
4

4. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 10:31
  • ID:ssOnqLH00 #

太陽系は銀河系の僻地にあるんだから、中心部に向かえば密度が高くなるのは当たり前じゃないの。

5

5. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 10:40
  • ID:MNeH9wX00 #

つまり・・・どういう事だってばよ

6

6. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 10:53
  • ID:C8kqbalq0 #

いまだにデータを送ってくるボイジャーたちがいじらしい

7

7. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 10:57
  • ID:IX7A2p1s0 #

つまり宇宙は広いといことだな

8

8. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 11:14
  • ID:Zs4R0PmZ0 #

これが暗黒物質の正体だろ

9

9. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 11:25
  • ID:Y.B0mPWz0 #

宇宙の海は俺の海って事か

10

10. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 11:39
  • ID:3ojIEHgF0 #

ボイジャーの搭載したセンサー類が、未だに稼働しているのが驚異
ボイジャーっていったら、私が子供の頃に打ち上げた探査衛星だぞ?
(普通は10年間くらい経つと衛星の搭載した機械類も壊れると思う)

11

11. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 11:42
  • ID:Hb2UWE0l0 #

太陽を中心にして太陽系全体の範囲にあった恒星間粒子で太陽だの地球だの木星だのを生成したんだから、範囲外には取り込まれなかった粒子が残ってるのが当然ってことじゃね?
あと、サムネの画像では太陽系が推進力を持って銀河系を回ってるような描かれ方をしてるけど、
実際には周りも同じように動いているんだから涙滴型ではなく球形で表すべきじゃね?

12

12. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 12:11
  • ID:whDL.I7M0 #

>>9
俺のはてしない 憧れさ

13

13. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 12:54
  • ID:6PNFPmg40 #

>>4
銀河系中心まで2万5千光年、ボイジャーが進んだ距離はわずか0.0002光年程度に過ぎません。銀河内の物質の密度の偏りが検出できるほどの距離を、まだ移動してないでしょう。

14

14. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 13:23
  • ID:4PqDCuG90 #

※10
もしかすると、壊れて異常な数値を報告している可能性もありますね。
一応センサー等が正しく動作しているという前提での数値と考察ですし、二つの衛星がそれぞれ似たような値を出しているので、たぶんだいたい同じような傾向で、おおむね正しいと思われてますね。
どれくらいモツのでしょうねぇ。

15

15. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 13:35
  • ID:COqCrubP0 #

意外とボイジャーの真横に小惑星があったりして。

16

16. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 13:40
  • ID:Y0ncVJzH0 #

※6
これが原子力電池のパワーだ!

17

17. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 14:02
  • ID:uWW0FQwf0 #

細胞膜みたいなものかな

18

18. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 18:04
  • ID:VJ8VLRhs0 #

濃いところと薄いところがあるだけだったりして。
髪の話じゃないよ。

19

19. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 19:08
  • ID:Vah21CXJ0 #

慣性航行の宇宙探査機は、何時か漂流するということか

20

20. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 19:42
  • ID:7o.eZOk.0 #

もうすぐ大人の事情の壁に到達する。その先は有料コンテンツ

21

21. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 21:41
  • ID:By0ueqBM0 #

どうやって情報を送ってるんだろう
火星が一番近い時に光の速さで3分、海王星までの距離は100倍くらい?だとして6時間
太陽圏外から地球まで通信するのってそんなに時間はかからないのかな?

22

22. 匿名処理班

  • 2020年10月28日 21:49
  • ID:h2KgAqWT0 #

※11
だね。
全て集まらなくても重力の井戸になってるから、いずれ落ちてくる。
周りの大きなものは惑星ほかに集まり、いずれは太陽に吸収される、極軽いものだけが太陽風で退けられていく。

23

23. 匿名処理班

  • 2020年10月29日 03:55
  • ID:pdkEWSeu0 #

ああ、未知というものはこんなにもわくわくを齎してくれるものであったか…!

24

24. 匿名処理班

  • 2020年10月29日 06:00
  • ID:.bHS67iO0 #

※10
しっかり対策しておけば10年以上でもちゃんと使える。衛星の寿命が10年前後ってのは、姿勢制御や軌道安定のための推進剤が無くなってしまうからやね。
地球近傍を回る衛星は重力に引かれて高度が下がるし、デブリ回避にも動かないといけないから、

25

25. 匿名処理班

  • 2020年10月29日 08:29
  • ID:8RZS8ySg0 #

密度が高くなっているのではなく、まだ薄くなっていないのではないか。

26

26. 匿名処理班

  • 2020年10月29日 19:26
  • ID:fwmmfJ4g0 #

お湯の中にも コーリャ 花が咲くヨ ボイジャー ボイジャー♪

27

27. 匿名処理班

  • 2020年10月30日 19:07
  • ID:BZNmzp3H0 #

ボイジャーってボヤージュだったのか

28

28. 匿名処理班

  • 2020年10月31日 14:07
  • ID:9lIiFYOu0 #

大気中の「におい」みたいもんで、濃い所と薄い所があるんだろ

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