宇宙線の視覚現象

宇宙線視覚現象、または閃光（LF ）は、宇宙飛行士の目としても知られ、アポロ計画の際など、地球の磁気圏外で一部の宇宙飛行士が視覚的に知覚する自発的な閃光 です。LFは、網膜で感知された可視光線の光子の結果である可能性がありますが、^[1]ここで説明するLFは、視覚経路に沿ったニューロンの活性化によって生成される光の感覚である閃光にも関係している可能性があります。^[2]

研究者たちは、宇宙飛行士が特に宇宙で感じるLFは宇宙線（地球の大気圏外からやってくる高エネルギー荷電粒子^[3]）によるものだと考えていますが、正確なメカニズムはわかっていません。仮説としては、宇宙線粒子が宇宙飛行士の目の硝子体を通過するときに生成されるチェレンコフ放射[ ^{4] [5] 、}視神経との直接的な相互作用^[4]、脳の視覚中枢との直接的な相互作用^{[6] 、}網膜受容体の刺激^[7]、および網膜と放射線のより一般的な相互作用^{[8]などが挙げられます。}

ハッブル宇宙望遠鏡、国際宇宙ステーション、ミール宇宙ステーションへの宇宙ミッションから最近帰還した宇宙飛行士は、さまざまな状況下でLFを見たと報告した。調査では、報告頻度の降順で並べると、暗闇、薄暗い光、明るい光の中でLFを見たと報告されており、ある宇宙飛行士は光のレベルや光順応に関係なくLFを見たと報告した。^[9] LFは主に就寝前に見られていた。

いくつかのLFははっきりと見えると報告されているが、他のLFはそうではないと報告されている。LFはさまざまな色と形で現れた。59人の宇宙飛行士を対象とした調査で明らかになったように、各タイプのLFがどのくらいの頻度で見られるかは宇宙飛行士の経験によって異なっていた。^[9]

月面ミッションでは、宇宙飛行士は閃光がほぼ常に白色だったと報告したが、1つの例外として「青いダイヤモンドのような白みがかった青色」を観測した。他の宇宙ミッションでは、黄色や薄緑などの他の色を見た宇宙飛行士も報告したが、稀であった。^[10]代わりに、閃光は主に黄色だったと報告した宇宙飛行士もいたが、最も一般的な白と青に加えて、オレンジや赤などの色を報告した宇宙飛行士もいた。^[9]

観測された主な形状は「斑点」（または「点」）、「星」（または「超新星」）、「縞」（または「ストライプ」）、「塊」（または「雲」）、「彗星」である。これらの形状は宇宙飛行士によってさまざまな頻度で観測された。月面飛行では、宇宙飛行士は「斑点」と「星」を66％、「縞」を25％、「雲」を8％の確率で観測したと報告した。^[10]他のミッションに参加した宇宙飛行士は主に「細長い形状」を報告した。^[9]調査対象者の約40％が「縞」または「複数の縞」を報告し、約20％が「彗星」または「複数の彗星」を報告した。17％の報告は「単一の点」に言及し、「複数の点」、「塊」、および「超新星」に言及したのはほんの一握りであった。

閃光を体験した宇宙飛行士の間では、閃光の動きに関する報告は一般的であった。^[9]例えば、ジェリー・リネンジャーは、太陽嵐の際には閃光が方向性を持っており、目を閉じても睡眠の妨げになったと報告した。リネンジャーはステーションの鉛入り電池の後ろに身を隠そうとしたが、これは部分的にしか効果がなかった。^[11]

LF が移動すると報告されているさまざまな方向の種類は、報告によって異なります。LF が視野の周辺から人が注視している場所まで視野を横切って移動すると報告する人もいれば、反対方向に移動すると報告する人もいます。方向を説明するために使用されている用語は、「横向き」、「斜め」、「内外」、「ランダム」です。^{[9] [10]} Fuglesangら(2006) では、垂直方向の動きに関する報告はなかったと指摘されています。^[9]

宇宙飛行士がLFを見たかどうかについては個人差があるようだ。多くの宇宙飛行士がLFを報告しているが、たとえ複数のミッションに参加したとしても、すべての宇宙飛行士が宇宙ミッションでLFを経験したわけではない。^[9] LFを見たと報告した人でも、どれくらいの頻度で見たかは報告によって異なっていた。^[9]アポロ15号のミッションでは、3人の宇宙飛行士全員が同じLFを記録しており、ジェームズ・アーウィンはそれを「網膜を横切る鮮やかな線」と表現した。^[12]

月面ミッションでは、目が暗闇に慣れると、アポロ宇宙飛行士は平均して2.9分ごとにこの現象を目撃したと報告した。

他の宇宙ミッションでは、宇宙飛行士は平均して6.8分に1回LFを知覚したと報告しています。^[9] LFは主に宇宙飛行士が眠る前に見られ、リネンジャーの場合のように睡眠を妨げる場合もあったと報告されています。一部の宇宙飛行士は、LFは少なくとも一度知覚され、その知覚に注意が向けられている限り、より頻繁に知覚されるように見えると指摘しました。ある宇宙飛行士^[13]は、最初の飛行で、LFに注意するように言われて初めてLFに気づきました。LFが背景からはっきりと目立たない可能性があることを考えると、これらの報告は驚くべきことではありません。

アポロ宇宙飛行士は、地球への帰還飛行中よりも月への飛行中にこの現象をより頻繁に観察したと報告している。Avdeevら(2002) は、これは宇宙にいる間に LF に対する感度が時間の経過とともに低下するためではないかと示唆した。^[13]他のミッションの宇宙飛行士は、ミッションの過程で LF の発生率と強度が変化したと報告している。^[9]発生率と強度が増加したと指摘する者もいれば、減少したと指摘する者もいた。これらの変化は、ミッションの最初の数日間に起こると言われている。他の宇宙飛行士は、ミッション中ではなく、ミッション間で LF の発生率が変化したと報告している。たとえば、Avdeev 自身は、1 回目のミッションで 6 か月間、数年後の 2 回目のミッションで 6 か月間、さらに 2 年後には 3 回目のミッションで 12 か月間、ミールに滞在した。彼は、その後の飛行ごとに LF が見られる頻度が減ったと報告している。^[13]

軌道高度と傾斜角もLFの発生率と正の相関関係にある。Fuglesangら（2006）は、この傾向は高度と傾斜角の上昇に伴う粒子フラックスの増加による可能性があると示唆している。^[9]

アポロ16号と17号の通過中、宇宙飛行士はアポロ光閃光移動エマルジョン検出器（ALFMED）実験を実施しました。この実験では、宇宙飛行士が宇宙線粒子の軌跡を捉え、それが視覚観測と一致するかどうかを判定するように設計されたヘルメットをかぶっていました。結果を調べたところ、15の軌跡のうち2つが閃光の観測と一致していました。これらの結果と幾何学的考察およびモンテカルロ推定を組み合わせることで、研究者は視覚現象が宇宙線によって引き起こされたと結論付けました。^{[14] [15]}

SilEye-Alteinoおよび宇宙飛行士中枢神経系への異常な長期影響（ALTEA）プロジェクトは、ALFMED実験で使用されたものと性質が類似したヘルメットを使用して、国際宇宙ステーションでこの現象を調査した。SilEyeプロジェクトは、ミールでもこの​​現象を調査した。 ^[13]この研究の目的は、宇宙飛行士がLFを観察したと言ったときに、宇宙飛行士の目に入った粒子の軌跡を調べることであった。粒子を調べることで、研究者はどの粒子がLFを引き起こしている可能性があるかについてより深い理解を得ることを望んでいた。宇宙飛行士はミール滞在中、多数のセッションにわたってSilEye検出器を装着した。それらのセッション中にLFを検出すると、ジョイスティックのボタンを押した。各セッションの後、彼らはその経験についてのコメントを記録した。宇宙飛行士がLFを検出したと報告した時間帯に目に当たった粒子の軌跡は、陽子と原子核を検出し、それらを区別するために作られたシリコン層を通過したはずだ。

調査結果によると、大部分の時間で「連続した線」と「隙間のある線」が見られました。頻度は低いものの、「形のない点」、「明るい核のある点」、および「同心円」も報告されました。^{[13] : 518}収集されたデータから、ミッションの最初の数週間は LF に対する感度が低下する傾向があることも研究者に示唆されました。LF の原因として考えられるものについては、核が主な原因である可能性が高いと研究者は結論付けました。この結論は、「全期間」と比較して、「LF 時間ウィンドウ内」の期間では核率が約 6 ～ 7 倍に増加したのに対し、2 つの期間を比較した場合、陽子率は 2 倍しか増加しなかったという調査結果に基づいています。したがって、研究者は、少なくともこのケースでは、宇宙で観測された LF の原因としてチェレンコフ効果を除外しました。

1970 年代に行われた実験でもこの現象が研究された。これらの実験により、宇宙飛行士が LF を観測した理由についてはいくつかの説明が提案されているものの、他の原因もある可能性があることが明らかになった。Charmanら(1971) は、LF が網膜内のチェレンコフ放射の結果ではなく、宇宙線核が 1 つだけ目に入り、宇宙飛行士の目を直接刺激した結果であるかどうかを疑問視した。研究者らは、観察者に 3 または 14 MeV の単エネルギー中性子からなる中性子ビームを、頭部を基準としていくつかの方向から見させた。これらのビームの構成により、目で生成される粒子はチェレンコフ閾値と見なされる 500 MeV 未満となり、研究者らは LF の原因を 1 つともう 1 つに区別することができた。観察者は、完全に暗順応した後に中性子ビームを見た。^[7]

3 MeV 中性子ビームは、片目の前面から照射された場合でも、後頭部から照射された場合でも、LF の報告はなかった。しかし、14 MeV 中性子ビームでは LF が報告された。ビームが片方の目に正面から入ったとき、短時間の「縞」が報告された。「縞」の長さはさまざま (最大視角 2 度) で、青みがかった白色または無色に見えた。1 人を除くすべての観察者が、視野の中央に「点」または短い線がかすかに見えたが、その数は多かったと報告した。ビームが両目に横向きで入ったとき、報告された縞の数が増えた。縞の方向は、目に入ったビームの方向と一致していた。前のケースとは異なり、縞は視野の中央よりも周辺に多く見られた。最後に、ビームが後頭部に入ったとき、LF を見たと報告したのは 1 人だけだった。これらの結果から、研究者らは、少なくともこのケースで見られる LF については、フラッシュは眼球自体のチェレンコフ放射効果によるものではないと結論付けました (ただし、チェレンコフ放射の説明が宇宙飛行士のケースに当てはまる可能性は排除しませんでした)。また、ビームが後頭部に入ったときに観察された LF の数が大幅に減少したため、LF は視覚皮質が直接刺激されたことが原因ではなさそうだと示唆しました。この減少は、ビームが網膜に到達する前に頭蓋骨と脳を通過する際に弱くなったことを示唆しています。提案された最も可能性の高い説明は、LF は網膜の受容体がビーム内の粒子によって直接刺激され、「オン」になった結果であるというものでした。

別の実験では、トビアスら(1971) は、2 人の被験者が完全に暗順応した後、20 から 640 MeV の中性子ビームを照射しました。1 秒から 3.5 秒の照射を 4 回受けた 1 人の被験者は、「ピンポイント」の閃光を観測しました。被験者は、その閃光を「花火で見られる光る球で、最初の尾はぼやけていて、頭は小さな星のよう」と表現しました。3 秒間の照射を 1 回受けたもう 1 人の被験者は、25 から 50 個の「青白色の星のような明るい個別の光が自分に向かってくる」のを見たと報告しました。^{[8] : 596}

これらの結果に基づき、研究者らは、Charmanら(1971) と同様に、チェレンコフ効果が宇宙飛行士が体験した LF のもっともらしい説明になるかもしれないが、この場合、その効果では観測者が見た LF を説明できないと結論付けました。観測された LF は、網膜と放射線の相互作用の結果である可能性があります。研究者らはまた、観測された軌跡は網膜自体の中にある軌跡を指し示しており、軌跡の初期の部分は移動するにつれて薄れていくのではないかと示唆しました。

実施された実験を考慮すると、少なくともいくつかのケースでは、観察された LF は視覚経路に沿ったニューロンの活性化によって引き起こされ、その結果、閃光が生じるようです。しかし、研究者は宇宙飛行士が経験する LF の原因としてチェレンコフ放射効果を決定的に排除できないため、一部の LF はむしろ、眼自体のチェレンコフ放射効果の結果である可能性が高いようです。チェレンコフ効果により、眼の硝子体でチェレンコフ光が放出され、その結果、人は LF を知覚することができます。^[9]したがって、宇宙で宇宙飛行士が知覚する LF にはさまざまな原因があるようです。一部は網膜を刺激する実際の光の結果である可能性があり、他の一部は視覚経路に沿ったニューロンで発生し、閃光を生み出す活動の結果である可能性があります。

• アナトリー・ブゴルスキー – ソビエトおよびロシアの科学者 (1942 年生まれ)
• マイクロ波聴覚効果 – 人間の音知覚の概念