電子は地球の磁場のすぐ外側で光速に近い速度まで加速されているが、科学者たちはその理由をまだ解明していない。
NASA の THEMIS (サブストーム中の事象の時間履歴とマクロスケールの相互作用) ミッションにより、これまで考えられていたよりも地球から遠く離れた場所に、極めて高速の粒子が発見されました。
太陽は超音速の電子を宇宙に放出し、その一部は地球に向かって飛んでくるが、地球の磁場によってそらされる。
一連の磁場は地球を覆い、磁気圏と呼ばれる保護バブルを形成します。磁気圏が宇宙空間を移動すると、電子が減速され、偏向されるため、宇宙空間に衝撃波が発生します。
一部の電子は太陽に向かって反射され、前震領域のバウショックを囲むプールにたどり着きます。
Physical Review Letters [有料] に掲載された論文では、前震内の一部の電子が相対論的な速度まで励起されていることが示されている。
写真提供：NASA/SGFC
科学者たちは、電子がそのような高速に達するのは、衝突のたびに速度が増し、弓状衝撃波を横切って前後に跳ね返るからだとずっと信じてきた。
しかし、NASAのTHEMIS宇宙船から得られたデータを分析した後、NASAゴダード宇宙飛行センターが率いる科学者チームは、電子の平均エネルギーが衝突のみから生じるエネルギーと一致しないことを発見した。
NASAの太陽物理学、風、そしてSTEREO宇宙船による観測では、電子に余分なエネルギーを与える可能性のある太陽電波バーストや惑星間衝撃波は確認されませんでした。この高速電子は太陽活動では説明できず、またバウショック領域に由来するものでもないため、科学者たちは困惑しています。
「これは不可解な事例です。なぜなら、本来あるべきではない場所に高エネルギー電子が観測されており、それに適合するモデルがないからです」と、論文の共著者であり、THEMISミッションのプロジェクト科学者でもあるデビッド・シベック氏は述べた。「私たちの知識にはギャップがあり、何か基本的なものが欠けているのです。」
高エネルギー電子は50年以上前からフォアショック領域で観測されてきたものの、フォアショック領域自体から発生したことは知られていませんでした。これは、電子が短時間で加速され、ほとんどの宇宙船が数分単位の変化しか検出できないことが原因と考えられます。
論文の主執筆者でNASAゴダード宇宙飛行センターの研究者であるリン・ウィルソン氏は、こうした相対論的電子が生成されるメカニズムを解明することが重要だと述べた。
「これは、宇宙線の研究から太陽フレアやコロナ質量放出まで、高エネルギー粒子を扱うほぼすべての分野に影響を及ぼします。これらは衛星に損傷を与え、火星探検の宇宙飛行士に影響を及ぼす可能性があります。」
相対論的電子は機器の故障を引き起こし、宇宙服を貫通して宇宙飛行士に DNA を損傷するほどの強力な放射線を浴びせることもあります。®
