アルヴェーン面

アルヴェーン面とは、恒星のコロナと恒星風を隔てる境界であり、コロナプラズマのアルヴェーン速度と大規模な恒星風速度が等しくなる点として定義される。ハネス・アルヴェーンにちなんで名付けられ、アルヴェーン臨界面、アルヴェーン点、アルヴェーン半径とも呼ばれる。2018年、パーカー・ソーラー・プローブは、太陽のアルヴェーン面を横断した最初の宇宙船となった。

恒星には固体表面はありません。しかし、恒星には重力と磁力によって恒星に束縛された太陽物質からなる超高温の大気があります。^{[ 5 ]}恒星コロナは太陽表面、つまり光球をはるかに超えて広がっており、恒星の外縁と考えられています。これは惑星系を流れる太陽風への移行を示しています。この限界は、太陽風の擾乱が太陽表面まで伝播できない距離によって定義されます。太陽風の速度がマッハ1（太陽風の「音速」として定義される）を超えると、これらの擾乱は恒星に向かって伝播できません。この距離は、恒星の周囲にアルヴェーン面と呼ばれる不規則な「表面」を形成します。^{[ 6 ]}また、重力と磁場が弱すぎて、物質を恒星から遠ざける熱と圧力を保持できない点として説明することもできます。これは太陽大気が終わり、太陽風が始まる点です。^{[ 5 ]}

Adhikari、Zank、Zhao (2019) はアルフベン面を次のように定義しています。^{[ 7 ]}

大規模な太陽風速度が${\displaystyle U}$そしてアルヴェーンの速度${\displaystyle V_{\text{A}}}$等しいので、サブアルフベン波冠状流を分離します。${\displaystyle U}$|≪|${\displaystyle V_{\text{A}}}$| 超アルヴェン波太陽風の流れから |${\displaystyle U}$|≫|${\displaystyle V_{\text{A}}}$|

DeForest、Howard、および McComas (2014) は、アルヴェーン面を次のように定義しています。^{[ 8 ]}

アルヴェーン面は、プラズマと磁束の個々の塊が太陽本体から因果的に切り離されることを示す自然な境界である。アルヴェーン面は、加速する太陽風の半径方向の動きが半径方向のアルヴェーン速度を超える地点であり、そのため物質の移動によってコロナ内部へ情報が伝達されることはない。したがって、アルヴェーン面は太陽コロナの自然な外側境界であり、惑星間空間の内側境界でもある。

アルヴェーン面は恒星風のサブアルヴェーン領域とスーパーアルヴェーン領域を分離し、系内の軌道惑星の周囲の磁気圏/電離層の構造に影響を与えます。 ^{[ 2 ]}アルヴェーン面の特性は、恒星のハビタブルゾーンの内側境界として機能します。 ^{[ 3 ]}アルヴェーン面は「名目上」恒星半径の10～30倍のところに存在します 。^{[ 9 ]}

研究者たちは、太陽のアルヴェーン臨界面が正確にどこにあるのか確信が持てなかった。コロナのリモート画像に基づくと、太陽表面から10～20太陽半径のどこかにあると推定されていた。 ^{[ 5 ]} 2021年4月28日、NASAのパーカー・ソーラー・プローブ（PSP）は、太陽への8回目のフライバイ中に、18.8太陽半径でアルヴェーン面を貫通したことを示す特定の磁場と粒子条件に遭遇した。^{[ 5 ] [ 1 ]}プローブは、 FIELDSとSWEAP機器で太陽風プラズマ環境を測定した。 ^{[ 6 ]}この出来事は、NASAによって「太陽に触れる」と表現された。^{[ 5 ]}フライバイ中、パーカー・ソーラー・プローブはコロナに出入りを数回繰り返した。これにより、アルヴェーン臨界面は滑らかな球形ではなく、表面にしわを寄せる突起と谷があるという予測が証明された。^{[ 5 ]}

2021年4月28日午前9時33分（協定世界時）、パーカー・ソーラー・プローブは、光球から1300万キロメートル（810万マイル）上空の太陽の磁化された大気に突入し、アルヴェーン臨界面の下を5時間にわたって横断し、アルヴェーンマッハ数0.79で磁気圧がイオン圧と電子圧の両方を支配している、太陽と因果的に接触しているプラ​​ズマに到達した。磁気マッピングによると、この領域は擬似ストリーマーの上にある急速に拡大するコロナ磁力線から出現する定常流であったことが示唆されている。この流れのアルヴェーン以下の性質は、この領域の異常に低い密度と磁気マッピングによって示されるように、擬似ストリーマーの基部での磁気リコネクションの抑制によるものと考えられる。^{[ 10 ]}  

NASAのPUNCHミッションは、太陽に向かって流れ落ちる小さな塊（「風に舞う葉」）の動きを測定することで、太陽のアルヴェーン表面を24時間365日観測します。^{[ 11 ] [ 12 ]}

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• 「パーカー・ソーラー・プローブで太陽の超高温の謎を解明」ミシガン大学ニュース。2019年6月4日。 2022年7月30日閲覧。