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水星には磁場があります。地球以外の岩石惑星で、自前の磁場を持っているのは水星だけです。それなのに水星の地表は、太陽から飛んでくる高エネルギーの粒子にさらされ続けていると考えられてきました。磁場は盾になるはずなのに、なぜ地面まで届いてしまうのか。日欧の水星探査機ベピコロンボが、その現場を高度165kmから測った結果が、2026年9月8日付で科学誌『Nature Astronomy』に掲載されました。
まとめたのはフィンランド・ヘルシンキ大学のエミリア・キルプア教授らのチームです。使われたのは、同大学などフィンランドで設計・製作された太陽X線・粒子分光計「SIXS（シックス）」で、この装置が水星で出した最初の成果になります。
磁場を持つ惑星の、守られていない地表
最初に、水星の磁場がどのくらいのものかを数字で見ておきます。論文によると、強さは地球の約1％。磁場が太陽風を押し返してつくる勢力圏を「磁気圏」と呼びますが、水星の場合、太陽側の境目は地表からおよそ3570kmのところにあります。水星の半径は約2440kmなので、惑星1個半ぶんも離れていません。地球ではこの境目が地表から6万kmほど先にあるので、比べるとかなり薄い盾です。
しかも水星には、大気と呼べるものがほとんどありません。地球なら磁場をすり抜けた粒子も大気にぶつかって止まりますが、水星では磁場を抜けた粒子がそのまま地面に当たります。加えて太陽までの距離は地球の3分の1から半分ほどしかなく、太陽で爆発が起きれば、濃いままの粒子の流れを浴びることになります。
ここまでは以前から分かっていた話です。分かっていなかったのは、実際にどの粒子が、どういう道筋で地表まで落ちているのかでした。水星の近くで粒子を測った探査機は、1970年代のマリナー10号と、2011〜2015年に周回したNASAのメッセンジャーしかなく、太陽からの高エネルギー粒子を方向別・エネルギー別に細かく測れる装置を地表すれすれまで持ち込んだ例はありませんでした。
高度165kmの通過と、3日前から続いていた太陽の嵐
ベピコロンボは2018年10月の打ち上げから、地球・金星・水星の重力で何度も減速しながら水星に近づいてきました。今回のデータが取られたのは、その途中の4回目の水星スイングバイです。最接近は世界時で2024年9月4日21時48分、日本時間では9月5日の朝6時48分でした。
このときの高度165kmは、もともとの計画より35kmほど低い値です。同じ年の5月に推進モジュールの電源系に不具合が見つかり、航路を組み直した結果、通過高度が下がりました。周回軌道に入ったあとの欧州側の探査機MPOは、いちばん低いところでも高度480kmほどを飛ぶ予定なので、165kmというのは本番の観測でも行けない低さです。
そこに太陽の活動が重なりました。当時の太陽は活動のピーク付近にあり、9月1日の世界時15時ごろから、SIXSが測る高エネルギーの陽子と電子が増えはじめ、9月3日にさらに増えました。この間、速いコロナ質量放出（太陽から磁場ごとガスの塊が吹き飛ぶ現象）や強いX線フレアがいくつも観測されています。ベピコロンボは、水星が何日も粒子を浴び続けている最中に、その真上をかすめたことになります。
キルプア教授はヘルシンキ大学の発表の中で、探査機が最終的な軌道よりずっと地表に近づいたちょうどそのときに太陽で大きな粒子の噴出が起きたのは幸運だった、と話しています。
上の画像は通過の様子を描いた想像図です。このとき実際に撮られた水星の写真は、記事末尾の出典のページで見られます。
水星を向いた検出器だけで消えた陽子
この研究でいちばん面白いのは、地表に届いた証拠が「粒子が測れた」ことではなく、「粒子が消えた」ことだった点です。
SIXSの粒子検出器は、それぞれ幅25度ほどの視野を持つ検出面を別々の方向に向けています。スイングバイのときに使えたのは3面で、1面は水星の方向を、残りの2面は水星から外れた方向を見ていました。
1〜9MeV（メガ電子ボルト）前後の陽子の量を追うと、探査機が水星に近づくあいだ、どの面でも高い値のまま安定していました。ところが最接近の5分ほど前、21時43分ごろ（以下、時刻はすべて世界時）から、水星を向いた面でだけ陽子が減りはじめます。最接近のあたりで急落し、すべてのエネルギー帯で検出できなくなりました。残りの2面では、陽子はほとんど減っていません。通過が終わると、水星向きの面の値も元の高さに戻りました。太陽側の変化ではなく、水星のそばを通ったこと自体が原因だと分かります。
なぜ一方向だけ消えたのか。電気を帯びた粒子は磁場の中でらせんを描いて進みますが、そのらせんの半径は粒子のエネルギーが高いほど、磁場が弱いほど大きくなります。論文の試算では、2MeVの陽子が200ナノテスラの磁場の中で描く円の半径は約1000km。半径2440kmの惑星と、地表から3570kmしかない磁気圏に対して、この大きさです。水星の磁場には、こうした陽子を曲げて閉じ込めておく余裕がありません。陽子は少し曲がるだけで、そのまま地面に突っ込みます。
水星を向いた検出面に入ってくるはずの陽子は、水星の側から回り込んでくる軌道を通ります。その軌道が途中で地面と交わっていれば、陽子は検出器に届く前に地表に当たって消えます。つまり、あの方向で陽子が測れなかったのは、その陽子が水星の地面に落ちていたからです。研究チームは、陽子の軌道を検出器から逆向きにたどる計算も行い、水星向きの面に入る軌道の大半が惑星と交わること、残りの2面は交わらないことを確かめました。論文はこれを、水星で高エネルギー陽子が惑星そのものにさえぎられていること（惑星による遮蔽）の直接の証拠としています。
南半球に降り続ける電子
電子の動きは陽子と違っていました。電子は陽子よりずっと軽く、らせんの半径が小さいので、陽子のように磁場を突っ切ることはできません。磁気圏に入れるのは、極の近くにある磁場のすき間か、太陽風の磁場と水星の磁場がつなぎ替わって開いた磁力線を通ったときだけです。
入った電子は磁力線に沿って進みます。惑星に近づくと磁場が強くなるので、ふつうはそこで跳ね返されます。ただ、磁力線に対して浅い角度で進む電子は跳ね返されず、そのまま地表に落ちます。この「落ちてしまう角度の範囲」をロスコーンと呼びます。
水星の磁場は、中心が惑星の中心から北へずれています。そのため南半球の地表の磁場は、北半球の最大3分の1ほどしかありません。跳ね返す力が弱いぶん、南側ではロスコーンが広くなります。研究チームが磁場モデルで計算したところ、21時38分から21時50分までの12分間、探査機の位置から見た南側のロスコーンは90度に達していました。どの角度の電子も跳ね返されずに落ちる、という意味です。
それなのに、この時間帯の大半で電子の量は減っていませんでした。落ちているのに減らない。研究チームは、開いた磁力線を通って太陽からの電子が次々に補充され、落ちるそばから埋め合わされていたと解釈しています。高エネルギーの電子が、通過のあいだのかなりの部分で地表に降り続けていたことになります。電子が多かった範囲は、メッセンジャーが水星の磁気圏の中で生まれた電子の急増をとらえていた範囲よりも、はっきり広いものでした。
最接近の2分ほど前からは、電子が3面すべてで急に減り、水星向きの面では4分半ほどで元に戻りました。こちらは磁場のつながり方の変化が関わっているとみられています。さらに、この前後に水星向きの面でとらえた電子には、200〜400keVあたりに山がありました。太陽から来た電子が、水星の磁気圏の中でもう一段加速されたとみられる形です。同じ時間帯に水星の磁気圏で「ホイッスラー波」という電磁波が出ていたことが、ベピコロンボの6回のスイングバイを調べたOzaki氏らの別の論文で報告されています。地球のまわりでは、この波が電子を効率よく加速することが知られています。
地表の風化と、地球の宇宙天気
高エネルギーの粒子が地面に当たると、地表の原子や分子が叩き出され、X線が出ます。叩き出されたナトリウムやカリウム、カルシウムなどは、水星を薄く取り巻くガスの供給源になります。粒子のエネルギーが高いほど地表の砂の深くまで入り込み、鉱物の結晶をこわしたり、ナノサイズの鉄の粒をつくったりして、表面の性質を少しずつ変えていきます。大気のない天体で起きるこうした変化を「宇宙風化」と呼びます。
論文は、太陽の活動が活発な時期に粒子が降り続けるなら、水星の地表や周囲のガスの様子が約11年の太陽活動周期に合わせて変わっている可能性がある、と述べています。磁場が北にずれている以上、その影響は北半球と南半球で違ってくるはずだ、とも指摘しています。どちらも今回の観測で確かめられたことではなく、周回観測で検証していく話です。
地球への関わりについては、SIXSの共同責任者でトゥルク大学のラミ・ヴァイニオ教授が説明しています。水星の磁場は弱く、磁気圏は小さい。その状態は、強い太陽嵐で地球の磁気圏が押しつぶされたときの状況に似ているので、最大級の宇宙嵐のときに粒子が地球のまわりや大気にどこまで入り込むかを見積もる助けになる、という内容です。地球の磁気圏を実験のために縮めることはできませんが、水星ではふだんからその状態になっています。
論文はもう一つ、太陽系の外にも触れています。赤色矮星トラピスト1のまわりの惑星のように、恒星のすぐ近くを回る岩石惑星は、水星と同じく濃い粒子を浴びているはずです。弱い磁場がどこまで盾になるのかを実測した今回の結果は、そうした惑星の環境を考えるときの材料になります。
周回軌道で始まる答え合わせ
ここまでの話は、わずか数十分の通過で取れたデータから分かったことです。ベピコロンボは2026年9月3日に推進モジュールを切り離し、11月21日に水星の周回軌道に入る予定です。12月9〜10日にはJAXAの水星磁気圏探査機「みお」が分離し、本格的な科学観測は2027年4月に始まります。
SIXSが載っているのは欧州側のMPOです。MPOには、地表から出るX線を測る装置「MIXS」も載っています。SIXSが「いま、どれだけの粒子とX線が水星に降っているか」を測り、MIXSが「それを受けて地表がどう光ったか」を測る。この2つを突き合わせると、地表の元素の分布を地図にできます。
そして磁気圏の側を受け持つのが「みお」です。JAXAによると、「みお」は1回目の水星スイングバイのとき、磁気圏の中で加速された電子が地表へ降り込む瞬間をとらえ、水星のX線オーロラの原因を直接観測しています。今回のSIXSの結果は、そこに「太陽から直接やってくる、もっとエネルギーの高い粒子」の道筋を書き加えたものです。粒子がどこから入り、磁気圏の中でどう動き、地表のどこに落ちるのか。2機がそろって周回を始めれば、この流れを入口から出口まで同時に追えるようになります。
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画像について
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出典
Kilpua, E. K. J. et al.「Planetary shielding and surface precipitation of solar energetic particles during BepiColombo’s close Mercury flyby」Nature Astronomy（2026年9月8日・オープンアクセス）
https://www.nature.com/articles/s41550-026-02914-6
ヘルシンキ大学「BepiColombo measured Mercury’s particle bombardment up close」（2026年9月10日）
https://www.helsinki.fi/en/news/mathematics-and-science/bepicolombo-measured-mercurys-particle-bombardment-close
Universe Today「BepiColombo Makes Up-Close Measurement of Mercury’s Solar Bombardment」（2026年9月19日・Matthew Williams）
https://www.universetoday.com/articles/bepicolombo-makes-up-close-measurement-of-mercurys-solar-bombardment
JAXA宇宙科学研究所「地球1回、金星2回、水星6回：BepiColombo 水星までの壮大な旅路」（2025年8月5日）
https://cosmos.isas.jaxa.jp/ja/1-earth-2-venus-6-mercury-the-route-of-bepicolombo-to-reach-mercury-ja/
アストロアーツ「探査機「ベピコロンボ」、4回目の水星スイングバイを完了」（2024年9月9日）
https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/13686_bepicolombo
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