磁気スイッチバック

磁気スイッチバックは、太陽風の磁場の突然の反転です。^{[ 1 ]}また、磁場が自身に折り返される原因となる太陽風の移動擾乱と表現することもできます。これらは、太陽の極上空を飛行した最初の宇宙船であるNASA-ESAミッションのユリシーズによって最初に観測されました。 ^{[ 2 ] [ 3 ]} NASAのパーカー・ソーラー・プローブとNASA/ESAソーラー・オービターの両方がスイッチバックを観測しました。

磁気（または太陽）スイッチバックとは、太陽圏の放射状磁場の極性が急速に反転する現象である。^{[ 4 ]}これらの現象は、磁場の方向の変化を指す場合は「スイッチバック」、太陽風の速度の急激な増加を指す場合は「速度スパイク」と呼ばれている。^{[ 3 ]}

ジグザグの地形は、太陽コロナを温める熱を発生させる。^{[ 5 ]}

ヘリオス1号と2号の宇宙船は、1970年代に太陽の磁場の突然の反転を観測した。^{[ 6 ]}その後、1995年から1996年にかけての太陽活動極小期に、ユリシーズ探査機が多数の放射状磁場極性反転を検出し、磁気スイッチバックを観測した。同様の構造は、アドバンスト・コンポジション・エクスプローラーなどの地球近傍太陽圏探査機によっても観測された。パーカー・ソーラー・プローブ（PSP）は、2018年11月6日に最初のスイッチバックを観測した。同様の効果は、0.3 AU、1 AU、および最大2.9 AU付近およびそれ以下の距離で観測され、フェドロフらが指摘したように、「これらの観測すべてが同じ現象に関連しているかどうかという問題は未解決である」。^{[ 4 ]}

2020年9月27日、ESA / NASAソーラーオービター（SolO）は、太陽から0.98AUの距離にあるときに、南半球のコロナホールに磁気的に接続された太陽風の流れをサンプリングし、磁場の強い変動を伴う高速太陽風を観測した。SolOによって観測された構造は、太陽の近くで生成され、PSPによっても観測されたスイッチバックの残存物として有効である可能性がある。^{[ 4 ]}

太陽活動周期の位相を考慮すると、PSPが南磁気半球にあった場合、太陽風の磁場は常に太陽に向かって内向きの磁極を持つはずだった。しかし、PSPは、太陽風の流れの速度が突然急上昇し、最も極端な場合には磁場の向きがほぼ180°回転する数千もの期間を観測し、その後すぐに元の太陽風の状態に戻った。^{[ 3 ]}

SolOは、2022年3月25日の太陽最接近時に、磁気スイッチバックの起源に関する説得力のある手がかりを発見しました。ソーラーオービターのデータを使用して、ダニエレ・テローニとゲイリー・ザンクとそのチームは、ユリシーズのデータ​​に基づく理論が正しいという結論に達し、「開いた磁力線の領域と閉じた磁力線の領域が相互作用するときにスイッチバックが発生することを証明した」と結論付けました。^{[ 6 ] [ 7 ]}

2025年の論文では、磁気圏マルチスケールミッションのデータを用いて地球の磁場における磁気スイッチバックの検出が報告された。^{[ 8 ]}

ユリシーズのデータ​​に基づくある理論では、スイッチバックは開いた磁場と閉じた磁場の衝突の結果であると示唆している。開いた磁力線が閉じた磁気ループに接触すると、交換再接続と呼ばれるプロセスで再構成されることがある。これは磁場の爆発的な再配置であり、スイッチバック形状につながる。開いた磁力線が閉じたループにスナップし、ループから高温の​​プラズマのバーストを切り離し、2つの磁場を新しい構成に「接着」する。この突然のスナップにより、ループが再密封される前に開いた磁力線にS字型の折れ曲がりが生じる。パーカー太陽探査機は2018年11月6日に最初のスイッチバックを観測した。観測されたスイッチバックは開発されたモデルに近いものであった。^{[ 2 ] [ 9 ]}

2つ目の理論は、相互接続の重要性については同意しているが、スイッチバック自体の性質については異なっている。スイッチバックを磁力線の折れ曲がりと見なすのではなく、2つ目の理論は、それが磁束ロープと呼ばれる一種の磁気構造の特徴であると示唆している。^{[ 2 ] [ 10 ]}

別の説では、太陽風が宇宙空間に膨張するにつれて、スイッチバックが自然に形成されるとされている。^{[ 2 ] [ 11 ]}

太陽から流れ出る磁力線のS字型の屈曲であるスイッチバックは、太陽大気中に既に存在する開いた磁力線とループ状の磁力線の再構成によって生じるようです。開いた磁力線が閉じた磁気ループに遭遇すると、交換再接続と呼ばれるプロセスが起こります。これにより、開いた磁力線がループにスナップし、以前は閉じていた磁気ループの一方の側が太陽系外に広がる太陽磁場に接続されます。このプロセスにより、新たに形成された開いた磁力線に外向きに流れるS字型の屈曲が生じます。この形状は、パーカー・ソーラー・プローブによって測定されたスイッチバックと一致します。^{[ 1 ]}

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  太陽風の急カーブを飛行するパーカー・ソーラー・プローブのイラスト。
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  相互接続再結合によって可能になるグローバル磁場循環の図解。このシナリオでは、開いた磁力線が (A) コロナのグローバル循環によって大きなコロナループに引きずられ、(B) 相互接続再結合を起こし、(C) 元の閉じたループのおおよその幅を飛び越え、コロナへの磁場のS字型のスイッチバックを引き起こします。^{[ 3 ]}
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  太陽の近く、特に活動領域の上空には、開いた磁力線と閉じた磁力線が存在する。閉じた磁力線は、太陽大気圏へと弧を描いて伸び、その後、太陽内部へと回り込んで消えていく磁気のループである。

• 磁気リコネクション

• Schwadron, NA; McComas, DJ (2021). "Switchbacks Explained: Super-Parker Fields—The Other Side of the Sub-Parker Spiral" . The Astrophysical Journal . 909 (1): 95. arXiv : 2102.03696 . Bibcode : 2021ApJ...909...95S . doi : 10.3847/1538-4357/abd4e6 . S2CID 231846671 . 
• Bale, SD; et  al. (2023年6月) 「コロナホール内の高速太陽風の発生源としての交換再結合」Nature . 618 ( 7964 ): 252–256 . arXiv : 2208.07932 . Bibcode : 2023Natur.618..252B . doi : 10.1038 / s41586-023-05955-3 . ISSN 1476-4687 . PMC 10247371. PMID 37286648. S2CID 254247367 .