地球の環流の物語を伝える NASA の STORY ミッション – NASA Science

地球の磁場は強力な罠のようなものです。それは私たちの惑星の近くの宇宙にある帯電粒子を引き寄せ、リング電流として知られる地球の周りの目に見えないドーナツ型のペンの中にそれらを閉じ込めます。

この捕捉された荷電粒子の群れは、宇宙天気と呼ばれる宇宙の変化する条件に地球がどのように反応するかにおいて重要な役割を果たしており、衛星や送電網など、私たちが依存している技術に影響を与える可能性があります。しかし、リング電流についてはまだわかっていないことがたくさんあります。

NASA は、環流のユニークな外部ビューを提供することを目的としたミッションの開始を準備しています。 STORIE (Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution) と呼ばれるこのロケットは、NASA の国際宇宙ステーションへの SpaceX の 34 回目の商用補給サービスミッションで 5 月に打ち上げられる予定です。このミッションは、米国宇宙軍と NASA のパートナーシップである宇宙試験プログラム、ペイロード ヒューストン 11 (STP-H11) の一環として飛行しています。 STORIE がロボットによって宇宙ステーションの外に設置されると (到着から数日後に予定される)、STORIE は環流の外側を覗き込み、科学者が環流がどのように成長、縮小するのか、またどのような粒子でできているのかについての長年の疑問に答えるのに役立ちます。

「これらの粒子は宇宙天気に重要な影響を及ぼします」と、この機器が設計・製造されたメリーランド州グリーンベルトのNASAゴダード宇宙飛行センターのSTORIE主任研究員アレックス・グローサー氏は語る。 「私たちは、閉じ込められた人口がどのようにして形成され、どこから来たのかを理解したいと考えています。」

これらの詳細は、太陽からの爆発が地球に磁気擾乱を引き起こす可能性がある太陽嵐の際に特に重要です。地球のヴァン アレン放射線帯に似ていますが、低エネルギー粒子で満たされているリング電流は、太陽嵐中に放射線帯よりもサイズ、形状、強度が劇的に変動する傾向があります。また、リング電流では、正と負に帯電した粒子が逆方向に流れ、電流が発生します。したがって、そこでの変化は地中に磁気変動や誘導電流を引き起こし、電線管や送電線に影響を与える可能性があります。リング電流は、地球周回衛星の表面での電荷の蓄積にも寄与し、宇宙船の故障につながる可能性があります。また、環流のエネルギーが増加すると、そのエネルギーの一部が上層大気へ伝達され、大気の加熱、膨張を引き起こし、衛星にかかる抵抗が増大し、探査機が予想よりも早く軌道離脱する可能性があります。

ただし、リング内部の粒子は目に見えないため、リング電流を直接研究することは困難です。 「カメラでただ写真を撮ることはできません」とグローサー氏は説明した。

代わりに、STORIE は、リング電流に捕らえられた荷電粒子が逃げ出すときに形成される、エネルギーに満ちた中性原子 (ENA) の輝きを探します。粒子は、外気圏として知られる地球の外の大気から電子を盗むことによって自由を獲得し、中性になります。

「これらの荷電粒子が中性になると、地球の磁場の影響を感じなくなり、閉じ込められなくなります」とグローサー氏は述べた。 「彼らはどの方向にも飛ぶことができます。」

ENA の速度と方向を測定することで、STORIE は、環状の流れの粒子の起源、太陽風として知られる太陽から出る粒子の流れによって供給されるのか、それとも地球から供給されるのかについての長年の疑問に答えるのに役立つ可能性があります。

STORIE チームは、正に帯電した酸素原子 (O+) に特別な注意を払うように装置を設計しました。なぜなら、グローサー氏によると、「酸素が見えるとき、それは大気から来ているものです。太陽風から得られる酸素はほとんどありません。」もしSTORIEがたくさんの酸素原子を発見すれば、科学者たちは環電流が太陽風ではなく地球の大気によって主に供給されていることがわかるだろう。

グローサー氏と他の科学者らはまた、リング電流の荷電粒子の集団が急激に増加するのか、それともゆっくりと徐々に増加するのかを調べたいと考えている。 「絶え間なく流れる滝や雨粒で湖を満たすようなものでしょうか?」グローサー氏は語った。

IMAGE (全球磁気圏界面からオーロラまでの調査のための画像) や TWINS (2 台の広角画像中性原子分光計) などのこれまでの NASA ミッションでは、トップダウン ビューを使用する前に環電流 ENA を分析し、環電流全体を一度に確認することができました。しかし、その観点から見ると、環の中心で地球から反射される紫外光はENA観測を妨げる可能性があり、観測幾何学的形状により、地球の赤道近くの環流に捕捉された粒子を見るのが困難になる。

「STORIEの内部の視点から見ると、背後に地球があり、他のミッションでは観察が困難だった赤道付近に閉じ込められたこの人口が見える」とグローサー氏は語った。

過去にいくつかの音波ロケット実験で環流の内部の短い観察が得られましたが、観察できる時間は数分しかなく、各飛行中に観察できたのは環流の一部だけでした。 STORIE のビューでは、一度に環電流のスライスが表示されますが、宇宙ステーションが地球を周回するにつれて、STORIE は約 90 分ごとに環電流の全体像を作成します。

STORIEは6か月のミッション中、リング電流が時間の経過とともにどのように変化するかを監視し、科学者が太陽嵐のときと太陽が静かなときのリング電流の挙動を比較できるようにする。 STORIE からの情報は、地球が太陽嵐にどのように反応するかをより深く理解し、宇宙天気予報を改善し、人類が依存するテクノロジーに対する宇宙天気の影響を軽減するのに役立ちます。

ヴァネッサ・トーマス著
NASA ゴダード宇宙飛行センター、メリーランド州グリーンベルト。