惑星間媒体

惑星間物質( IPM ) または惑星間空間は、太陽系を満たす質量とエネルギーで構成され、惑星、準惑星、小惑星、彗星などの太陽系のより大きな天体はすべて、その中を移動します。IPM はヘリオポーズで停止し、その外側で星間物質が始まります。1950 年以前は、惑星間空間は真空であるか、「エーテル」で構成されていると広く考えられていました。

惑星間物質には、惑星間塵、宇宙線、太陽風からの高温プラズマなどが含まれる。^{[2] [検証失敗]}惑星間物質の密度は非常に低く、太陽からの距離の2乗に反比例して減少する。密度は変動し、磁場やコロナ質量放出などのイベントの影響を受ける可能性がある。惑星間物質の典型的な粒子密度は約5～40個/cm ³だが、かなり変動する。^{[3] : 図1}地球 の近くでは約5個/cm ³、^{[4] : 326 であるが、100個/cm 3}という高い値も観測されている。^{[3] : 図2}

惑星間物質の温度は、太陽系全体で変化する。 ジョセフ・フーリエは、惑星間物質の温度は地球の両極で観測される温度に匹敵するはずだと推定したが、その根拠は間違っていた。大気の熱輸送に関する現代的な推定値がなく、地球の気候の相対的な一貫性を説明する他の方法が見つからないからである。^[5] 非常に高温の惑星間物質という考え方は、1959年になっても地球物理学者の間ではマイナーな立場のままであった。この年、チャップマンは10000 K程度の温度を提唱したが、^{[6]間もなく}外気圏の低軌道での観測結果が彼の立場と矛盾することになった。^[要出典] 実際、フーリエとチャップマンの最終的な予測はどちらも正しかった。惑星間物質は非常に希薄であるため、熱力学的平衡を示さない。代わりに、異なる成分は異なる温度を持つ。^{[3] : 4  [4] [7]} 太陽風は、地球近傍空間でチャップマンの推定と一致する温度を示し、^{[4] : 326, 329  [7] [8]}地球の軌道近くの塵粒子の温度は257〜298 K (3〜77 °F)、^{[9] : 157}平均約283 K (50 °F) です。^[10] 一般に、太陽風の温度は太陽までの距離の2乗に反比例して低下します。 ^[6]塵の温度は距離の3乗根に反比例して低下します。 ^{[9] : 157}小惑星帯 内の塵粒子の場合、典型的な温度は2.2 AUの200 K (-100 °F) から3.2 AUの165 K (-163 °F) までの範囲です。^[11]

惑星間物質はプラズマ、つまりイオンのガスであるため、単なるガスではなくプラズマの特性を持っています。たとえば、太陽の磁場を運び、電気伝導性が高く（太陽圏電流シート）、惑星の磁気圏と接触する場所やヘリオポーズでプラズマの二重層を形成し、フィラメント化（オーロラなど）を示します。

惑星間媒体のプラズマは、地球の軌道上の太陽の磁場の強さが当初の予想より 100 倍以上も強いことにも関係しています。宇宙が真空であれば、太陽の 10 ⁻⁴テスラの磁気双極子場は距離の 3 乗で約 10 ^{−11テスラに減少します。しかし、衛星観測では、約 100 倍の 10 −9}テスラであることが示されています。磁気流体力学(MHD) 理論では、磁場内での導電性流体 (例: 惑星間媒体) の動きによって電流が誘導され、それが今度は磁場を生成すると予測されており、この点ではMHD ダイナモのように動作します。

太陽圏の外縁は、太陽風の流れと星間物質の境界です。この境界はヘリオポーズとして知られ、太陽から 110 から 160天文単位程度のかなり急激な変化であると考えられています。したがって、惑星間物質は、ヘリオポーズ内に含まれるほぼ球形の体積を満たしています。

惑星間物質が惑星とどのように相互作用するかは、惑星が磁場を持っているかどうかによって異なります。月などの天体には磁場がないため、太陽風が直接その表面に影響を及ぼす可能性があります。数十億年にわたって、月の表土は太陽風粒子の収集場所として機能しており、そのため月の表面の岩石の研究は太陽風の研究に有益です。

太陽風からの高エネルギー粒子が月の表面に衝突すると、X 線波長もかすかに放射されます。

地球や木星など、独自の磁場を持つ惑星は、磁気圏内でその磁場が太陽の磁場よりも優勢です。これにより、磁気圏内を流れる太陽風の流れが乱れます。太陽風の物質が磁気圏内に「漏れ」、オーロラを引き起こしたり、ヴァン・アレン放射線帯にイオン化物質が充満したりします。

惑星間物質は、地球から見えるいくつかの光学現象の原因です。黄道光は、日没後や日の出前に時々見られる、黄道に沿って伸び、地平線近くで最も明るく見える、幅広い淡い光の帯です。この輝きは、地球と太陽の間の惑星間物質内の 塵粒子によって散乱された太陽光によって生じます。

対太陽点を中心とする同様の現象である対流現象は、自然に暗く月のない夜空で見ることができます。黄道光よりもはるかに弱いこの効果は、地球の軌道外の塵粒子によって後方散乱された太陽光によって引き起こされます。

「惑星間」という用語は、1691 年に科学者ロバート ボイルによって印刷物で初めて使用されたようです。「惑星間空間の空気はエーテル (または真空) とは異なります」Boyle Hist. Air。1898年、アメリカの天文学者チャールズ オーガスタス ヤングは次のように書いています。「惑星間空間は真空であり、人工的な手段で作り出せるものよりもはるかに完全です...」( The Elements of Astronomy、チャールズ オーガスタス ヤング、1898 年)。

宇宙は「エーテル」で満たされた真空、または単に冷たく暗い真空であるという考えは、1950 年代まで続いた。タフツ大学の天文学教授であるケネス・R・ラングは、2000 年の著書で、「半世紀前、ほとんどの人は、太陽の周りを冷たく暗い真空の宇宙空間を移動する孤立した球体として地球を思い描いていた」と述べている。^[13] 2002 年、赤祖父は「惑星間空間は太陽が断続的に粒子流を放出する真空であるという見方は、彗星の尾に基づいて、太陽が超音速であらゆる方向に大気を絶えず吹き飛ばしていると提唱したルートヴィヒ・ビアマン(1951、1953) によって根本的に変化した」と述べた (赤祖父俊一、オーロラの秘密を探る、2002 年)。

• ビル・アーネットの「9つの惑星」の惑星間物質に関するページ