Towards understanding the early kinematics of coronal mass ejections: Proba-3/ASPIICS observations of the 21 September 2025 event

太陽は、太陽風として知られる荷電粒子の流れを絶えず放出している、落ち着きのない星です。時折、この流れはコロナ質量放出と呼ばれる大規模で激しい噴出によって中断されます。これらの現象は、数十億トンの磁化されたプラズマを太陽表面から宇宙へと放出し、その速度は秒速数百キロメートルに達することもあります。このような噴出が地球に向かった場合、地球の磁場と相互作用し、壮観なオーロラを生み出す一方で、人工衛星や電力網、通信システムにリスクをもたらす可能性があります。数十年にわたり、科学者たちは、これらの噴出が物質のゆっくりとした静かな上昇から始まり、その後に突然の激しい加速が続くことを理解してきました。しかし、極めて重要なパズルのピースが欠けていました。それは、ゆっくりとした上昇が急速な爆発へと変わる正確な瞬間です。この遷移は太陽大気の内部領域で起こりますが、この領域は、太陽表面を見る計器と遠方のコロナを監視する計器の間のブラインドスポット（死角）に位置しているため、明確に観測することが困難でした。

ベルギー王立天文台と国際的なパートナーによる研究チームが発表した新しい研究は、ついにこの空白を埋めました。欧州宇宙機関（ESA）のProba-3ミッションに搭載された専用の計器を使用し、チームは2025年9月21日に発生したコロナ質量放出が噴出した際の、連続した高精細な映像を捉えました。このイベントは、太陽の大気に吊り下がっていた冷たく高密度のガスのループである、静かなプロミネンス（紅炎）から始まり、それがゆっくりと上昇し始めました。上昇するにつれて、その構造はねじれ、不安定になり始めました。新しい観測により、科学者たちは、太陽表面のすぐ上からの最初の動きから、中コロナへと至るまで、対象を見失うことなく追跡することができました。この新しい計器からのデータと他の宇宙機からの古い観測データを組み合わせることで、研究者たちは噴出の速度と加速の完全なタイムラインを構築し、このイベントがいかにして緩やかな漂流から高速の投射体へと進化したかを明らかにしました。

この成功の鍵となったのは、ASPIICSと呼ばれる計器であり、これは太陽表面のまばゆい光を遮るためのユニークな設計を採用しています。内部マスクに頼らなければならなかったり、遠方のコロナしか見ることができなかった従来の望遠鏡とは異なり、ASPIICSは編隊飛行する別の宇宙機を外部サンシェード（日よけ）として利用します。このセットアップにより、太陽表面のすぐ上から太陽半径の3倍の距離まで、暗くクリアな太陽大気の視界を作り出します。この特定の領域こそが、噴出の物理学が最も劇的に変化する場所ですが、以前は不確実性の領域でした。研究者たちは、太陽の南西端の上方で発生した噴出に焦点を当てました。彼らは、明るくねじれた構造として映し出された静かなプロミネンスが、浮上し始める様子を見守りました。しばらくの間、上昇はゆっくりとして安定していましたが、その後、構造は突如として前方に突き進みました。

チームは噴出が移動した距離を時間とともに測定し、その運動の詳細なマップを作成しました。彼らは、噴出が明確なパターンに従っていることを見出しました。すなわち、緩やかな始まりに続き、鋭い衝動的な加速が起こるというものです。噴出の核となる部分、つまり元のプロミネンスの物質が最初に上昇し始めました。移動するにつれて、それは周囲の太陽大気を押し上げ、前方に明るい前縁（リーディングエッジ）を形成するためにプラズマを積み上げました。この前縁は核よりも遅れて現れましたが、すぐに速度で追いつきました。データによれば、核は約400キロメートル毎秒の速度に達し、前縁は内コロナ内で約450キロメートル毎秒まで加速しました。この加速は緩やかな増加ではなく、磁気エネルギーの突然の放出を示す、急速で非線形な急増でした。

これらの測定が、どの角度から見たかによって歪められないことを確実にするため、研究者たちは新しいデータを、太陽系の異なる場所に位置する他の3つの宇宙機からの観測結果と組み合わせました。同じイベントを複数の角度から見ることで、彼らは噴出を三次元的に再構成することができました。この分析により、噴出が自己相似的な方法で拡大していること、つまり大きくなるにつれて同じ形状を維持していることが確認されました。三次元再構成の結果、噴出は太陽半径の4倍の距離に達したときに、約515キロメートル毎秒の真の速度で移動していたことが明らかになりました。この噴出は地球から見た太陽の端付近で発生していたため、視角が有利であり、速度と距離の測定値は実際の値に非常に近く、わずかな補正のみを必要としました。

研究では、新しい高解像度データと、これら噴出がどのように振る舞うかに関する古いモデルとの比較も行われました。研究者たちは、噴出の運動が、緩やかな開始、加速の爆発、そして最終的な一定速度への落ち着きを考慮した滑らかな数学的曲線によって記述できることを見出しました。この曲線は観測結果と完璧に一致しており、噴出を駆動する力と太陽風からの抵抗が十分に理解されていることを示唆しています。前縁と核はほぼ同時に加速し、ほぼ同時にピーク速度に達しました。この発見は、前縁と核が完全に別個の存在として振る舞う可能性があるという考えに疑問を投げかけるものであり、むしろ、それらは磁気的な力に対して共に反応する、単一の結束した構造の一部であるように見えます。

この研究の最も重要な成果の一つは、太陽観測における長年のギャップが埋められたことを実証したことです。長年、科学者たちは太陽表面と外コロナの始まりの間で何が起きているのかを推測せざるを得ず、しばしば同じ対象を同時に見ることができない個別の計器に頼ってきました。Proba-3ミッションによる継続的な追跡は、一つの噴出をその誕生から成熟まで中断することなく追跡することが可能であることを示しています。データは、ゆっくりとした上昇から高速の爆発への遷移が、内コロナの中で起こる急速で激しいプロセスであることを裏付けています。研究者たちは、この特定のイベントが、静かなプロミネンスから高速で移動するプラズマの雲へと明確に進展したことから、これらの噴出がどのように機能するかを示す教科書的な例であると考えています。

これほど精密に速度と加速を測定できる能力は、宇宙天気予報の精度向上への道を開きます。噴出が正確にどのくらいの速さで加速し、どの方向に移動するかを理解することで、科学者たちはこれらのプラズマの雲が地球とどのように相互作用するかについてのモデルを改善することができます。この研究は、太陽噴出のあらゆる謎を解明したと主張するものではありませんが、将来の研究のための強固で測定可能な基礎を提供するものです。研究者たちは、この単一のイベントが明確な全体像を提供する一方で、この振る舞いが普遍的なものなのか、あるいは異なる種類の噴出が異なるルールに従うのかを判断するためには、より多くの噴出を研究する必要があると指摘しています。現時点では、2025年のイベントの連続した高精細な映像は、コロナ質量放出の最も初期の、最も重要な瞬間を記録した決定的な記録であり、かつてはブラインドスポットであった場所を、明確な理解への窓へと変えたのです。