宇宙のノイズ

宇宙雑音は銀河電波雑音とも呼ばれ、地球の大気圏外から生じる物理現象である。実際には音ではなく、電波を受信してその情報を可聴形式に変換する電子機器である無線受信機を通じて検出することができる。その特性は熱雑音の特性に匹敵する。宇宙雑音は、指向性の高いアンテナが太陽や天の川銀河の中心など空の他の領域に向けられているときに、約 15 MHzを超える周波数で発生する。地球から遠く離れた超高密度の物体であるクエーサーなどの天体は、電波を含む全スペクトルの電磁波を放射する。隕石の落下音も無線受信機を通じて聞くことができる。落下する物体は地球の大気との摩擦で燃え、周囲のガスを電離させて電波を生成する。宇宙空間からの宇宙マイクロ波背景放射(CMBR)も宇宙雑音の一種である。 CMBR はビッグバンの名残と考えられており、全天球にわたってほぼ均一に空間に広がっています。CMBRの帯域幅は広く、ピークはマイクロ波領域にあります。

歴史

アメリカの物理学者で無線技術者のカール・ジャンスキーは、 1931年8月に初めて天の川からの電波を発見しました。1932年にベル電話研究所で、ジャンスキーは 20.5MHzの周波数、つまり波長が約14.6メートルの電波を受信するように設計されたアンテナを製作しました。

数か月間このアンテナで信号を記録し、ジャンスキー氏はそれを近くの雷雨、遠くの雷雨、そして原因不明の微かな一定のヒス音の 3 種類に分類しました。彼は、最大強度の場所が 1 日に 1 回上下することを発見し、太陽からの放射線を検出していると確信しました。

太陽からのものと思われるこの信号を数か月にわたって追跡した結果、ジャンスキーは最も明るい点が太陽から遠ざかっていることを発見し、この周期は23時間56分ごとに繰り返されていると結論付けました。この発見の後、ジャンスキーは放射線は天の川から来ており、銀河の中心方向で最も強いと結論付けました。

ジャンスキーの研究は、電波の空と光学の空を区別するのに役立ちました。光学の空は人間の目で見える空ですが、電波の空は昼間の流星、太陽の爆発、クエーサー、重力波で構成されています。

その後1963年、アメリカの物理学者で電波天文学者のアルノ・アラン・ペンジアス（1933年4月26日生まれ）が宇宙マイクロ波背景放射を発見した。ペンジアスの宇宙マイクロ波背景放射の発見は、宇宙論におけるビッグバン理論の確立に貢献した。ペンジアスとパートナーのロバート・ウッドロウ・ウィルソンは、もともと電波天文学の観測を目的とした超高感度極低温マイクロ波受信機の開発に協力した。1964年、最も感度の高いアンテナ/受信機システムであるホルムデル・ホーン・アンテナを作成した際、2人は説明のつかない電波ノイズを発見した。さらに調査した後、ペンジアスはロバート・ディッケに連絡を取り、ディッケはそれが宇宙論理論で予測されている背景放射、つまりビッグバンの電波残存物ではないかと示唆した。ペンジアスとウィルソンは1978年にノーベル物理学賞を受賞した。

宇宙論、天体物理学、拡散放射のための絶対放射計（ ARCADE）は、最初の星が核融合で点火し、宇宙が現在の形に似始める「宇宙の暗黒時代」からの移行を観測するために設計された装置です。^[1]

ARCADE は、科学研究用気球によって高度 35 km (21 マイル) 以上まで運ばれた7 つの高精度放射計で構成されています。この装置は、ビッグバン後に形成された最初の世代の星と銀河による初期宇宙の微小な加熱を測定します。

宇宙ノイズとは、銀河から放射される背景の無線周波数放射のことであり、地磁気が静かな時期には一定の強度を持ちます。^[2]

宇宙ノイズは太陽フレアから発生していると考えられます。太陽フレアは太陽の大気中に蓄積された磁気エネルギーが突然爆発的に放出され、光球が突然明るくなる現象です。太陽フレアは数分から数時間続くことがあります。

太陽フレアの発生中、粒子や電磁放射は地球の電離層の電離レベルを変動させ、地球の大気に影響を及ぼす可能性があります。電離層が増加すると、宇宙の電波ノイズが電離層を通過する際に吸収されます。

太陽風は、陽子や電子などの粒子と、少量の重い元素の原子核の流れであり、太陽コロナの高温によって、太陽の重力場から逃れられるほどの速度まで加速されます。^[3]

太陽風は地球の電離層で突然の宇宙ノイズ吸収バーストを引き起こします。これらのバーストは、太陽風衝撃によって引き起こされる地磁気の摂動の規模が十分に大きい場合にのみ検出できます。^[4]

^ 「ARCADE – 宇宙論、天体物理学、拡散放射のための絶対放射計」。asd.gsfc.nasa.gov 。 2021年4月9日閲覧。
^ オグンモディム、オルグベンガ;名誉あるファリデ。ロジャース、ニール。ファライ、エオ、ボラジ、OS (2018-06-01)。「太陽フレアによる宇宙ノイズ吸収」。NRIAG 天文学および地球物理学ジャーナル。7 (1): 31-39。ビブコード:2018JAsGe...7...31O。土井：10.1016/j.nrjag.2018.03.002。ISSN 2090-9977。
^ 「太陽風」。ブリタニカ百科事典。 2021年4月9日閲覧。
^ Osepian, A.; Kirkwood, S. (2004年9月7日). 「太陽風衝撃波による宇宙電波ノイズ吸収バースト」(PDF) . Annales Geophysicae . 22 (8): 2973–2987. Bibcode :2004AnGeo..22.2973O. doi : 10.5194/angeo-22-2973-2004 . S2CID 55842333. 2020年9月21日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2022年11月9日閲覧。