数十億マイルに渡って、この「双子」のペアはどのようにして星間空間の「扉」をノックしたのでしょうか?

著者: 黄祥紅段岳中

人類の長い宇宙探査の旅には、光り輝く一対の「双子星」、NASA のボイジャー探査機があります。彼らは、何十億マイルもの距離を旅し、太陽系の端や星間空間の神秘的なベールの一角を私たちに明らかにし、宇宙の境界についての私たちの理解を完全に変えた、恐れを知らない開拓者のような存在です。

メーガン・バーテルズが執筆し、2024年12月13日発行の『サイエンティフィック・アメリカン』誌に掲載された記事では、ボイジャーの伝説的な物語を詳細に紹介しています。ボイジャー探査機は独創的に設計されています。主な構造は円筒形で、さまざまな強力な機器や装置が装備されています。これらには、遠くの天体の鮮明な画像を撮影できる高精度の光学カメラが搭載されており、地球上の私たちは外惑星の壮大な環や神秘的な衛星を目撃することができます。このプローブには高度な分光計も装備されています。天体から放射される光のスペクトルを分析することで、科学者はこれらの天体の化学組成と物理的特性を理解し、その形成と進化のプロセスを推測することができます。さらに、ボイジャーには太陽風の粒子や星間空間の高エネルギー粒子を測定するための粒子検出器が搭載されています。これらのデータは宇宙線の起源と伝播を研究する上で極めて重要です。

1977年に旅立って以来、この双子の探査機は外惑星の探査を任務としてきた。木星、土星を次々と通過し、さらにボイジャー2号は天王星、海王星も訪れ、これらの遠く離れた巨大惑星の貴重な画像やデータを人類に送り、初めてこれらの神秘的な世界の本当の姿を間近で見ることができました。

しかし、彼らの使命は外惑星探査の終了とともに終わるわけではない。惑星観測ミッションが完了したとき、機器や装置の老朽化とエネルギーの段階的な減少にもかかわらず、NASA の科学者たちはボイジャー号を太陽系の境界に向かって前進させ続けることを決定しました。長い旅の途中で、ボイジャーはいくつかの重要な段階を経ました。 2004 年 12 月、ボイジャー 1 号は太陽風が劇的に減速し始める終端衝撃波領域に到達しました。 2012年8月、太陽圏界面を無事に通過し、正式に恒星間空間に突入した。ボイジャー2号はその後を追って、2007年に終端衝撃波を通過し、2018年11月にヘリオポーズの別の領域を通過した。

これらの検出結果は非常に重要な意味を持ちます。科学的な観点から見ると、太陽圏は単純で静的な境界ではなく、複雑で動的な領域であることがわかります。ここでは、太陽風と星間物質の相互作用により、驚くべき光景が見られます。たとえば、終端衝撃波とヘリオポーズの間のヘリオシース領域では、太陽物質の運動状態が劇的に変化し、速度が低下したり、逆方向に流れたりします。さらに、太陽活動の 11 年周期は宇宙の脈動のようなもので、太陽圏の大きさと形状に大きな影響を与え、太陽圏の周期的な拡大と収縮を引き起こします。この現象は検出器によって収集されたデータに明確に反映されています。

星間空間の謎もボイジャーによって少しだけ解明されました。そこの環境は太陽系内部とは全く異なり、銀河宇宙線と太古の星の死から生じた塵で満たされている。これらの発見により、私たちは宇宙の進化と物質の分布についてより深く考えることができるようになりました。それはあたかも、宇宙の奥深い歴史への扉を開き、遠い昔の物語を覗き見ることができたかのようです。

専門家たちはボイジャーの成果を高く評価した。ボストン大学の宇宙物理学者、メラヴ・オーファー氏は感慨深げにこう語った。「私たちは太陽圏について多くのことを知っていると思っていましたが、ボイジャーの旅の後、私たちが知っていたことは氷山の一角に過ぎないことが分かりました。太陽圏の複雑さと力学は私たちの想像をはるかに超えています。このことから、宇宙にはまだまだ私たちが探究すべき謎がたくさんあることも分かります。」プリンストン大学のジェイミー・ランキン氏も次のように指摘している。「ボイジャーが太陽圏を突破する前、地球上で行った観測は実際には太陽のさまざまな層によって妨害され、フィルタリングされていました。現在、ボイジャーが送り返すデータは、宇宙の深淵からの純粋な情報のようなもので、新たな研究の視点を提供し、太陽と宇宙の関係をより明確に理解できるようにしてくれます。」

しかし、ボイジャーズの探検は順風満帆だったわけではなく、多くの未解決の謎が残されました。例えば、探査機の 1 つは、終了衝撃波を複数回横切るという奇妙な現象を経験しましたが、その理由については科学者の間でまだ議論が続いています。さらに、太陽圏の全体的な形状がどのようなものであるかについては明確な答えがありません。それは長い尾を持つ彗星のような形かもしれませんし、湾曲したクロワッサンのような形かもしれませんし、あるいは私たちが想像もしなかった形かもしれません。

それでも、ボイジャーの価値はかけがえのないものです。彼らは宇宙の使者のような存在で、遠くの星から貴重な情報を私たちにもたらし、数え切れないほどの人々の宇宙への憧れと探究心を刺激しています。彼らの機器はいつかは機能しなくなるが、彼らが始めた探査の旅は、人類の宇宙探査の長い歴史に永遠に刻まれ、何世代にもわたる科学者たちに勇気を持って前進し、無限の星の海を追い求め、宇宙の完全で壮大な姿を描き出すよう奮闘するよう刺激を与えてきた。

参考文献:

NASA の愛すべきボイジャー探査機が太陽系外の謎を発見｜サイエンティフィック・アメリカン