アメリカの大学では、誰が世界最大のドラム缶を所有しているのかをめぐって長い間論争が続いています。 このタイトルに対する根拠のない主張には、「パデュー大学のビッグバスドラム」や「ビッグバーサ」などがありますが、これは興味深いことに、第一次世界大戦中のドイツの大砲にちなんで名づけられ、マンハッタン計画で放射能汚染されてしまったものなのです。

しかし、アメリカ人にとっては残念なことに、ギネスブックによると、韓国の伝統的な「チョンゴ」ドラムが真のタイトルを持っているそうです。 これは直径5.5メートル、高さ6メートル、重さ7トン以上あります。 しかし、『Nature Communications』に掲載されたばかりの私の最新の科学的成果は、その候補者たちをすべて吹き飛ばしてしまいました。 なぜなら、世界最大のドラム缶は、実は私たちの惑星の数十倍もあり、しかも宇宙に存在しているからです。

ナンセンスだと思われるかもしれません。 しかし、地球を取り囲む磁場（磁気圏）は、太陽風を地球の周りにそらすことで私たちを守っていますが、これは巨大で複雑な楽器なのです。 この磁場の中で、弱い磁気を帯びた音波が跳ねて共鳴し、管楽器や弦楽器と同じように明確な音を形成することが、50年ほど前から分かっていたのです。 しかし、その音は私たちの耳で聞くことのできる周波数よりも何万倍も低い周波数で形成されています。

巨大な磁性膜

ドラムの重要な特徴はその表面で、専門的には膜と呼ばれます（ドラムは膜鳴楽器とも呼ばれます）。 この表面を叩くと、波紋が広がり、固定されたエッジで反射して戻ってくることがあります。 元の波と反射した波は、互いに強め合ったり打ち消し合ったりして干渉することがあります。 これが「定在波パターン」と呼ばれるもので、特定の点が止まっているように見え、他の点は前後に振動しているように見えるのです。 このパターンと周波数は、ドラムの表面の形状によって決定されます。 実際、「ドラム缶の形が聞こえるか」という問いは、1960年代から今日に至るまで数学者の興味を引いてきました。

地球の磁気圏の外側の境界は、磁気圏界面と呼ばれ、非常に弾性のある膜のようにふるまいます。 磁気圏は、太陽風の強さの変化によって伸びたり縮んだりしますが、このような変化は、しばしば境界を越えて広がる波紋や表面波を引き起こします。 これまで磁気圏の側面から伝わる波が注目されてきましたが、磁極に向かっても伝わるはずです。

物理学者はしばしば、複雑な問題を取り上げ、それをかなり単純化して、洞察を得ます。 このアプローチにより、45年前に理論家たちは、これらの表面波が確かに反射して、磁気圏をちょうど太鼓のように振動させるかもしれないことを初めて証明しました。 しかし、理論の単純化を取り除くと、ドラム缶のような振動が起きなくなるのかどうかは、明らかではありませんでした。

また、衛星データからこの理論に対する説得力のある観測的証拠を見つけるのは、非常に難しいことがわかりました。 宇宙物理学では、天文学と違って、まったく目に見えないものを扱うのが普通です。 宇宙物理学では、天文学と違って、まったく目に見えないものを扱うので、あらゆる場所で起こっていることを写真に撮るわけにはいきません。 しかし、それでは衛星がある場所でしか何が起きているのかが分かりません。

過去数年間、私と同僚は、この磁気ドラムの理論をさらに発展させ、データの中から検証可能なサインを探し出すことに成功しました。 その結果、これらの振動の証拠となるような、いくつかの厳密な基準を思いつくことができました。

ありがたいことに、NASAのテミスは4機ではなく5機の衛星を使ってくれました。 あとは、ドラム缶を叩くスティックに相当するような正しい駆動現象を見つけ、それに反応して地表がどのように動き、どのような音が出るかを測定すればよかったのです。 その事象とは、高速の粒子が磁気圏界面に衝動的にぶつかるジェットです。 それがわかれば、すべてが完璧に収まるのです。 ドラム缶の音も再現できました（上の動画をご覧ください）。 比較的簡単そうに聞こえることでも、私たちは45年かけて実証してきたのです。 このドラム缶のような振動が（地球でも、他の惑星でも）どれくらいの頻度で起こるのか、そしてそれが宇宙環境にどのような影響を及ぼすのかを明らかにするために、まだまだやるべきことがたくさんあるのです。

これは最終的に、磁気圏がどのようなリズムを刻んでいるかを解明するのに役立つと思います。 元DJの私としては、待ち遠しい限りです。