BU 天体物理学者 Merav Opher さんが、太陽圏の予測モデル開発を目的とした新しい NASA DRIVE (Diversity, Realize, Integrate, Venture, Educate) 科学センターを率いることが決定しました。 Photo by Cydney Scott

宇宙物理学者が信じる、宇宙から発せられる強力な放射線から我々を守る宇宙の力「太陽圏」を理解するには、太陽を取り巻く巨大な泡を想像してみるとよいでしょう。 その泡は太陽系をはるかに超える大きさで、太陽とともに宇宙を疾走しています。 太陽圏の形や大きさについては、誰も本当のところは知らない。

天体物理学者は、太陽圏の内部には、太陽から発せられる加熱された荷電粒子の嵐が常に存在することを知っています。 また、太陽圏の外側では、深宇宙が致命的な宇宙線に覆われていることも知っています。 そして、太陽圏の皮膚はシールドの役割を果たし、これらの放射線のほとんどを遮断し、泡の中のすべてのもの、最も重要な地球上の生命を守っていると考えています」

ボストン大学芸術学部&科学部の天文学准教授で天体物理学者のメラヴ・オファー氏は、「我々は皆、この泡を理解しようとしています」と言います。

現在、NASA が最近、米国内の大学の 9 つの新しい太陽圏研究センターに 1200 万ドルを投資したおかげで、宇宙機関がグランド チャレンジを目指すセンター ベースのイニシアチブとしては最大規模となり、オファーを含む米国中の天体物理学者は、非常に急な学習曲線と思われる道を登ることを希望しています。 BUの宇宙物理学センターでは、130万ドルを獲得した新しいNASA DRIVE (Diversity, Realize, Integrate, Venture, Educate) 科学センターの主任研究員およびリーダーとして、オーファーが活躍する予定です。 このチームは、Opher氏が他の11の大学や研究機関から集めた専門家で構成され、チームがSHIELD（Solar wind with Hydrogen Ion exchange and Large scale Dynamics）と名付けた取り組みで、太陽圏の予測モデルを開発する予定です。 太陽圏の全体的な構造はどうなっているのか？ その電離粒子はどのように進化し、太陽圏のプロセスに影響を与えるのか？ 太陽圏は星と星の間に存在する物質や放射線である星間物質とどのように相互作用し、どのような影響を及ぼしているのか？ また、宇宙線はどのようにして太陽圏によってろ過され、あるいは太陽圏を通過して運ばれるのだろうか？

BU主導のNASA DRIVE科学センターに含まれる第2のプロジェクトは、宇宙プラズマ科学に十分に代表されない人々を訓練、採用、保持することを目的として、幼稚園から教員まですべての学生に向けられたアウトリーチプログラムを開発する。

その努力は、生物医学工学のBU工学部教授で、BUのARROWS (Advance, Recruit, Retain, and Organize Women in STEM) プログラムのディレクターであるJoyce Wong氏が指揮を執る予定です。 Wong氏は、宇宙プラズマ分野を多様化し、代表的でないグループのコミュニティ意識を強化する新しい方法を模索し、教員職への応募者の多様性を改善する可能性のある指導の取り組みを拡大する予定です。

オファーにとって、新しい NASA DRIVE センターのこの側面は、太陽圏の予測的なグローバル モデルの開発と同じくらい重要なことです。 宇宙物理学の分野における数少ない女性の1人として、またBUのLGBTQIA+タスクフォースのメンバーとして、Opherは長い間、STEMにおける女性および代表権のないグループの数を増やすための強力な提唱者でした。

基本的な未知を探る

今日、太陽圏の形と同じくらい基本的な概念は、依然として議論の対象であると、オーファー氏は言います。 あるモデルは、それが長い尾を持つ彗星に似ていることを示唆しています。 それに対して、Opherの研究では、太陽圏のモデルはクロワッサンのような形をしていることが明らかになりました。

太陽圏についてわかっていることのほとんどは、NASAの4つの主要プロジェクトによるものだと彼女は言います。 ボイジャー1号、ボイジャー2号、ニューホライズン宇宙船、そして星間境界探査機とカッシーニ探査機が作成した高エネルギー中性原子（ENA）マップです。 ボイジャー1号とボイジャー2号は、1977年に打ち上げられ、1960年代に設計された技術を搭載していることを指摘しています。 どちらの探査機も太陽圏を研究するために設計されたものではありません。

ボイジャー1号は土星と土星最大の衛星、木星を、ボイジャー2号は天王星と海王星を目的地としており、いずれも太陽圏と太陽系の境界内にある。 しかし、驚くべきことに、どちらの探査機もその目標を超えて、さらに重要なことに、太陽圏の外側にまで到達し、そこから地球にデータを送り続けているのです。

他の探査機、特にIBEXとカッシーニも太陽圏のデータを提供していますが、オファーは、そのデータのモデルは今のところ太陽圏の大きさや厚さを予測できていないと述べています。 また、太陽系外層における乱流、リコネクション、波動粒子相互作用、伝導が果たす役割を説明するデータは、まだモデルに統合されていないそうです。 これは、2024年に打ち上げ予定のIMAP（Interstellar Mapping and Acceleration Probe）の観測を研究者が理解するのに役立つ予測モデルを作成することを望む彼女のチームの仕事となります。 「

オーファーが集めた専門家には、MITのカブリ天体物理学・宇宙研究所の主任研究員ジョン・リチャードソン氏がおり、彼はSHIELDのプログラム・マネージャーを務めます。 その他の協力者は、MIT、ミシガン大学、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所、NASAゴダード、カリフォルニア工科大学、サウスウエスト研究所、アリゾナ大学、アラバマ大学ハンツビル校、ハーバード大学、プリンストン大学から集まっています。

NASAイニシアティブの第1段階における130万ドルの資金は、Opher氏のDRIVE科学センターの2年間の研究を遂行することを目的としています。

「次のステージでは、生命の進化に対する太陽圏の影響などを研究するということです」と、オーファーは言います。 「例えば、放射線の量は雲量に影響し、雲量は生命にとって不可欠であることが分かっています。 宇宙物理学者にとって、太陽圏の謎を解明する知的挑戦は抗しがたいものであり、太陽圏が地球上の生命、そしておそらく他の太陽系の惑星に及ぼす影響は、彼らの探求の中で最も心をそそる焦点となっています。

「メラヴは太陽圏の研究における世界的リーダーです」と、ハーバード大学天文学教授の天体物理学者アヴィ・ローブ（Avi Loeb）氏は言います。 「彼女以上に基礎物理学を理解している人は、世界中どこにもいません」

オーファーとローブは、太陽圏のサイズに関する新しい研究に共同で取り組んでおり、その成果はまもなくネイチャー・アストロノミで発表される予定です。 ローブによれば、太陽圏の大きさを知ることで、例えばそれを発生させる恒星風の強さを測定することができるようになるという。

「この恒星風が非常に強力であれば、恒星のハビタブルゾーンにある地球サイズの惑星の大気を奪ってしまうでしょう」と彼は言います。 「これは、私たちに最も近いプロキシマ・ケンタウリのように、ハビタブルゾーンに惑星を持つ低質量の星にとって特に重要なことです。 この星は地球より何百倍も暗いのですが、この惑星は地球の20倍も星に近いところにあるのです。 そのため、惑星はより強い風にさらされている。 この風の強さを知ることで、その大気が剥ぎ取られた可能性が高いかどうかを把握することができる」

NASAの既存の遠隔探査機から得られたデータは、太陽圏の皮が深宇宙を突き抜ける宇宙線を地球から遮断しているという確信を裏付けるものである。 宇宙線がどの程度シールドを通過するかは、太陽圏に関するあらゆることと同様に議論の余地がありますが、およそ25パーセントと考えられており、このシールドが地球や他の場所での生命にとって不可欠であると科学者を説得するに十分です。 私たちの太陽系と同じように、すべての星系には独自の保護バブルがあるからです。

「太陽圏のプロセスについて理解すればするほど、すべての星圏のプロセスや居住可能な惑星を作るのに必要な条件についてわかるようになる」とオファーは言います。”

Explore Related Topics:

• 天文学
• データ科学
• 多様性
• 地球&環境
• NASA
• 研究
• STEM