カメラのシャッターを2倍速くしたら、太陽の波が4倍見つかった

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太陽の表面温度はおよそ6000度です。ところが、その外側に広がる薄い大気「コロナ」は100万度を超えます。熱源から離れるほど熱くなるという、ふつうに考えれば逆の状態が、太陽ではずっと続いています。これが「コロナ加熱問題」で、太陽物理学で何十年も答えが出ていない宿題のひとつです。

もうひとつ、これと兄弟のような謎があります。太陽からは荷電粒子の流れ「太陽風」が絶えず吹き出していて、速いものは秒速700kmを超えます。粒子をそこまで加速している仕組みも、まだはっきりしていません。

この2つの謎に対して、有力な説のひとつが「磁力線に沿って伝わる波がエネルギーを運び、上空でそれを熱や運動に変えている」というものです。ただ、この説には昔から弱点がありました。理論が要求するのは周期の短い「速い波」なのに、観測で見つかるのは周期が長い「ゆっくりした波」ばかりだったのです。

2026年に発表された北京大学のチームの論文は、この弱点を、観測装置を変えることで正面から突きました。結論を先に言うと、速い波は最初からそこにあり、これまでのカメラでは写っていなかっただけでした。

太陽の極にある「穴」と、そこから伸びる筋

舞台は太陽の北極です。太陽の極域には「コロナホール」と呼ばれる、極端紫外線で見ると暗く写る領域があります。ここでは磁力線が太陽に戻らず、そのまま宇宙空間へ開いています。速い太陽風は主にこの開いた磁力線に沿って吹き出しています。

コロナホールの上空には「プルーム」という、光の筋のような細長い構造が何本も立ち上がっています。プルームは開いた磁力線の束で、ここに沿って波が上へ伝わります。研究チームが注目したのは、この筋が横方向に細かく揺れる「横波（キンク波）」です。ロープの端をつまんで左右に振ると、揺れがロープに沿って伝わっていく、あの形の波です。

上の画像は想像図です。実際の観測画像は、記事末の出典ページで見られます。

同じ場所を同じ時刻に撮った2台のカメラ

使われたデータは、2021年9月14日の朝、およそ20分間の観測です。この時間帯、太陽の北極のコロナホールを2つの探査機が同時に撮影していました。

ひとつはNASAの太陽観測衛星 SDO です。2010年から太陽を見続けている定番の観測機で、大気撮像装置 AIA が12秒ごとに1枚、1画素あたり約440kmの細かさで撮ります。もうひとつは ESA と NASA のソーラー・オービターで、搭載された極端紫外線撮像装置 EUI は5秒ごとに1枚、1画素あたり約210kmで撮れます。時間の刻みも空間の刻みも、EUI は AIA の約2倍細かいことになります。

研究チームは、この2つの画像列に同じ処理をかけました。ノイズを落とし、細い筋が浮き出るよう強調してから、横方向に引いた17本の線上で筋の揺れを時間軸に並べた図を作ります。そこに NUWT という自動の波追跡プログラムを走らせて、揺れの周期・振れ幅・速さを機械的に拾い出しました。人の目で選ぶと「見たいものを見てしまう」偏りが入るので、両方とも同じプログラムに任せています。

結果は数で出ました。AIA の画像から拾えた波は560件。EUI の画像からは2318件でした。同じ太陽の、同じ場所の、同じ20分間です。太陽側で何かが変わったわけではなく、カメラの刻みが細かくなっただけで、拾える波が4倍に増えました。

増えた波の正体は「速い波」だった

ここからが本題です。増えた1700件あまりは、どんな波だったのか。

周期を見ると、はっきり偏っていました。EUI が捉えた波のうち、周期100秒未満の速いものが38%を占めています。AIA では同じ条件の波は9%しかありませんでした。周期150秒未満まで広げると、EUI は57%、AIA は31%です。つまり、新しいカメラで増えた分の大半は、周期が短い波でした。

これは道理にかなっています。12秒に1枚のカメラでは、周期が数十秒の揺れは1往復のあいだに数コマしか写らず、ノイズと区別して揺れとして拾い上げるのが難しくなります。5秒に1枚なら、同じ揺れを2倍以上のコマ数で追えます。空間の細かさも同じで、細い筋どうしがつぶれて1本に見えてしまえば、揺れそのものが消えます。

速さにも差が出ました。筋が横に動く速度の平均は、AIA で秒速9.9km、EUI では秒速15.4kmでした。揺れの幅そのものは両者でほぼ同じ（約320km）なのに、EUI のほうが速い。短い周期で同じ幅を往復すれば、動きは速くなる、というだけのことです。

そして波が運ぶエネルギーは、速度の2乗に比例します。速度が1.5倍なら、エネルギーは2倍以上。研究チームの見積もりでは、EUI から求めた波のエネルギーの流れは1平方メートルあたり30〜50ワット、AIA から求めた値は11〜19ワットで、およそ2.6倍の開きになりました。

さらに、周波数ごとにエネルギーがどう分布しているかを調べると、EUI のデータでは周期100秒未満に相当する帯域が運ぶエネルギーのほうが、それより遅い帯域の2倍以上ありました。見えていなかった速い波は、数が多いだけでなく、エネルギーの主役でもあったわけです。

それでも、まだ足りない

では、これでコロナ加熱と太陽風の謎は解けたのか。論文はそこまで言っていません。

コロナを100万度に保ち、太陽風をあの速さまで押し出すには、最近の見積もりで1平方メートルあたり500ワット程度のエネルギー供給が必要とされています。今回の30〜50ワットは、2.6倍に増えたとはいえ、まだ一桁足りません。

しかも、この30〜50ワットという数字自体に幅があります。エネルギーの計算には、視線上でプルームが空間をどれだけ埋めているかを表す「充填率」という値を仮定する必要があり、ここを厳しく取ると絶対値は5分の1から10分の1まで下がりうると、論文自身が書いています。ただし、この補正は SDO 側の見積もりにも同じようにかかるので、「EUI で見ると2.6倍」という相対的な差は動きません。

速い波がどこで生まれているのかも未解決です。論文は候補を3つ挙げています。閉じた磁力線と開いた磁力線がつなぎ替わるときに生まれる説、太陽表面から噴き上がる細いジェット「スピキュール」が根元でプルームを揺らしている説、そして遅い大きな波がぶつかり合って細かい速い波に砕けていく説です。どれも決め手はまだありません。

もっと速いシャッターで、極の真上から

今回の研究が示したのは、答えそのものより「答えがどこに隠れているか」です。理論が要求していた速い波は、観測装置の刻みを2倍細かくしただけで、それまでの4倍の数で姿を見せました。ならば、さらに細かい刻みで撮れば、まだ見えていない、もっと速い波が写る可能性があります。論文も、必要な500ワットに届くには、周期1秒に迫るような、もっと速い波の寄与が要るだろうと述べています。

その先を見に行く計画も動いています。中国が2029年の打ち上げを予定している太陽極軌道観測衛星 SPO は、太陽の極を真上から見下ろす軌道に入ります。地球や現在の探査機の位置からでは、極のプルームは手前と奥が重なって写ってしまい、どの筋がどう揺れているのか分けにくい。極の上空から見れば、その重なりが減ります。

「速く撮ったら、写っていなかったものが写った」。今回の話は、つまるところそれだけです。ただ、その「写っていなかったもの」が、太陽物理学が長いあいだ探していた波だったというのが、この論文の面白いところだと思います。