サウスウェスト研究所（SwRI）のマイケル・スターキー博士率いる研究チームは、NASAの磁気圏マルチスケール（MMS）ミッションの観測データに基づき、地球近傍の太陽風においてピックアップイオン（PUI）とその関連する波動活動が存在する証拠を発見しました。2015年に打ち上げられたMMSミッションは、4機の宇宙船を用いて地球の磁気圏を詳細に調査しています。
ピックアップイオンは、太陽風に乗って移動する中性粒子が太陽風中でイオン化されることによって生成されます。イオン化されたこれらの粒子は、太陽風の流れに引きずられ、周囲の磁場を中心に回転しながら、通常の太陽風粒子とは異なる特性を持つプラズマ集団を形成します。MMSの観測では、PUIは他の顕著なイオンや高エネルギー電子の存在を伴わない典型的な速度分布を示すことが明らかになりました。波動活動の分析は、ミッションで収集された磁場データと、PUIが存在する場合にこれらの波動がどのように発生するかを記述する理論モデルを組み合わせて行われました。
スターキー博士は、「この研究結果は、PUIが地球近傍の太陽風中で実際に波動を発生させる可能性を示しており、これらのプロセスに関するさらなる統計的研究の必要性を強調しています」と述べています。「PUIは、これまで考えられていた以上に、地球近傍の太陽風の加熱や熱化に大きな役割を果たしている可能性があります。これは、太陽系全体にわたる太陽風のダイナミクスをモデル化する上で重要な意味を持つでしょう。」
研究者たちは、太陽風イオンとPUIという個別のイオン成分をモデル化することにより、観測された波動活動の原因となっている集団を特定しました。その結果、波動はヘリウムおよび/または水素のPUIによって生成された可能性が高いと結論付けましたが、機器の制限により、関与したイオン種を正確に特定することはできませんでした。
太陽から遠く離れるにつれて、太陽風中のPUIの相対密度は増加し、波動と粒子の相互作用を介した加熱および熱化プロセスへの寄与が増大します。太陽系の外縁部では、PUIは太陽風の全動的圧力に大きく貢献し、終端衝撃波やヘリオシースにおける現象に影響を与えます。スターキー博士は、「地球近傍では、PUIの強度は比較的低く、太陽風中の波動と粒子の相互作用への寄与は無視できるほど小さいと一般的に考えられています。もしこの仮説が誤りであれば、太陽風とその太陽系全体での進化に関する現在の理論とモデルを更新する必要があるでしょう。」と付け加えています。
この研究成果は、「Journal of Geophysical Research: Space Physics」に掲載されました。これらの発見は、宇宙天気やその影響をより良く理解するために、太陽風とその地球磁気圏との相互作用に関する研究の継続的な重要性を浮き彫りにしています。