表面5,500度の太陽が、なぜ外側で100万度になるのか。レーザーで作ったプラズマの縁で「指」が並び、隣どうしの磁場がつなぎ替わって温度が2倍になった

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たき火から離れれば涼しくなります。太陽ではそうなりません。目に見える表面（光球）はおよそ5,500度なのに、その外側に広がる薄い大気「コロナ」は100万度を超えます。熱源から遠いほうが200倍近く熱い。この「コロナ加熱問題」は、1940年代に温度が見積もられてから80年以上、太陽物理学の宿題として残っています。中国原子能科学研究院の Wei Sun と北京師範大学の Yongli Ping を筆頭とする25人の研究グループは、この加熱を起こしうる仕組みのひとつを、上海の大型レーザー施設で小さく再現しました。論文は2026年10月20日に Physical Review Letters に載りました。

「ナノフレア」という仮説

コロナを熱する候補として長く議論されてきたのが、ナノフレアです。太陽の表面で時々起きる大きなフレア（爆発）の、ごく小さい版が無数に、絶え間なく起きていて、その熱の足し合わせがコロナを100万度に保っている、という考え方です。1988年に Eugene Parker が提案しました。フレアのエネルギー源は磁場です。向きの反対な磁力線が押しつけられると、つなぎ替わって（磁気リコネクション）、磁場にためられていたエネルギーが熱と粒子の運動に変わります。問題は、ナノフレアが小さすぎて、一つひとつを望遠鏡で見分けるのが難しいことでした。何が引き金になって、どれだけ熱を出すのかは、観測だけでは決めにくいのです。

表面5,500度の太陽が、なぜ外側で100万度になるのか。レーザーで作ったプラズマの縁で「指」が並び、隣どうしの磁場がつなぎ替わって温度が2倍になった

的の表面に、わざと波を刻む

研究グループが使ったのは、上海の高出力レーザー施設「神光II」です。ここでは核融合研究のために、強いレーザーを小さな的に集めてプラズマ（原子がばらばらになった高温の気体）を作れます。今回の的はプラスチックで、表面に細かい波打ち模様を刻んであります。この的に4本のレーザービームを重ねて、10億分の1秒ほどのパルスで撃ちます。的の表面は一瞬でプラズマになり、周りへ膨らみ出します。

膨らんだプラズマは、周りのずっと薄い気体に押されて減速します。重いものが軽いものに押されて減速するとき、境目のわずかな凹凸は放っておくと育っていきます。レイリー・テイラー不安定性と呼ばれる現象で、水の上に油を注いだときに境目が崩れていくのと同じ種類のものです。表面に刻んだ波打ちは、この凹凸の「種」でした。プラズマの縁から、指のような、あるいはキノコのような突起が規則的に並んで伸びていきます。

隣どうしの指で、磁場の向きが逆だった

ここからが本題です。レーザーで作られたプラズマの中では、温度と密度の偏りから自然に磁場が生まれます。研究グループの計算では、伸びていく指の一本一本が磁場をまとっていて、隣り合う指どうしでは磁場の向きが反対になっていました。指が伸びて膨らむと、向きの反対な磁場が押しつけられて接触します。そこで磁気リコネクションが起き、磁場のエネルギーが熱に変わります。太陽のナノフレアで起きていると考えられていることが、机の上のプラズマで起きたわけです。

プラズマから出るX線を分析して電子の温度を見積もると、波打ちのある的ではピークがおよそ82万度に達しました。比較のために表面が平らな的で同じ実験をすると、突起は育たず、なめらかに流れるだけで、ピークの温度はおよそ半分でした。波打ちを刻んだだけで、加熱がほぼ2倍になったことになります。さらに、磁場が生じないようにしたコンピューターシミュレーションでは、この余分な加熱がほとんど消えました。熱を出していたのは突起そのものではなく、突起が引き起こした磁場のつなぎ替えだった、ということです。

太陽のどこで起きるか

太陽の表面に、レーザーで波打ち模様を刻む人はいません。研究グループが候補に挙げるのは「コロナの雨」です。コロナの中で冷えて密度の高くなったプラズマの塊が、磁力線に沿って表面へ落ちていく現象で、落ちる塊と周りの薄い高温のプラズマの境目には、今回の実験と同じ「重いものが軽いものを押す」状況が生まれます。そこでレイリー・テイラー不安定性が育てば、同じ仕組みでナノフレアが起きるかもしれない、という見立てです。

ただし、実験室のプラズマは太陽のコロナより桁違いに濃く、現象が進む時間も桁違いに短いので、そのまま太陽に当てはめることはできません。太陽の磁場がゆっくりエネルギーをためていく過程も、この実験では再現していません。研究グループは、実験と太陽で物理的な比率（密度や磁場の強さの組み合わせ）を比べて、どの部分が共通に成り立つかを検討したうえで、この仕組みが太陽でどれくらいの頻度で起き、コロナの熱のどれだけを担うのかは、これからの観測と実験で決める問題だ、と結論しています。

コロナ加熱問題が「解けた」のではなく、無数の小さなフレアに「火をつける」仕組みの候補がひとつ、実験で動くことが確かめられた。そう受け取るのが、論文の書き方に近い読み方です。なお、論文本文は有料で、この記事の数値は ScienceAlert の報道と Crossref の書誌情報に基づいています。

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