太陽圏（ヘリオスフィア）とは？太陽風・ヘリオポーズ・バウショックをわかりやすく解説
太陽圏（ヘリオスフィア）とは何かを太陽風・ヘリオポーズ・バウショックの仕組みまで図解でわかりやすく解説。宇宙の「泡」の秘密を短時間で理解。
太陽圏は、太陽風によって星間物質（銀河系を満たす水素とヘリウムのガス）に「吹き飛ばされた」泡状の領域です。太陽圏を構成する物質の多くは太陽自身から放出されたイオン化プラズマ（電子、陽子、アルファ粒子）と太陽磁場（ヘリオスフェリック磁場）であり、外部から流入する電気的に中性な原子はこの泡を比較的自由に通過できます。中性原子が太陽圏内で電離されると「ピックアップイオン」として太陽風に取り込まれ、系全体の電磁的振る舞いに影響を与えます。太陽圏はまた、銀河宇宙線（高エネルギー粒子）を減衰・遮へいする楯として地球のような惑星を放射線から部分的に守っています。
太陽風の性質と速度
太陽風は太陽のコロナから吹き出す高速プラズマ流で、その速度は場所や太陽活動によって変わります。地球軌道付近では典型的に約400〜800 km/s（時速およそ140万〜290万 km）とされ、暗黒帯や太陽の極域からの「高速風」、太陽赤道付近の「低速風」など領域差があります。太陽から離れるにつれて太陽風は拡散し、周囲の星間物質と相互作用して減速・圧縮されます。
ヘリオポーズ、ターミナルショック、ヘリオシース（太陽圏外縁部）とは
太陽風が星間物質との圧力バランスで支配を失う地点をヘリオポーズと呼びます。ヘリオポーズは太陽圏の実質的な境界であり、内部の太陽風プラズマと外部の星間プラズマが分かれる面です。太陽風が超音速から亜音速へ急に減速する境界をターミナルショック（終端衝撃波）といい、その外側の領域をヘリオシース（ヘリオシールドとも）と呼びます。ヘリオシースではプラズマが圧縮・加熱され、磁場や粒子の性質が変化します。
これらの境界の距離は一定ではなく、太陽活動、太陽風の強さ、また太陽系が通過する局所の星間環境（密度・速度・磁場）によって変化します。探査機の観測では、ターミナルショックはおよそ80〜100天文単位（AU）付近、ヘリオポーズは約120 AU前後で検出された例があります（後述のVoyager探査機観測参照）。
バウ・ショック（衝撃波）とその議論
伝統的には、太陽系が星間ガスに対して運動するために前方にバウ・ショック（弓状衝撃波）が形成されると考えられてきました。これは船が水中を進むときに生じる波に似た現象です。しかし最新の観測と理論モデルでは、局所星間雲の磁場や密度、相対速度の条件によっては明確な衝撃波ではなく、緩やかなバウ・ウェーブ（衝撃にならない圧縮波）か、あるいはほとんど目に見える構造を作らない可能性も示されています。現在では「強いバウ・ショックが常に存在するとは限らない」という理解が一般的です。
観測・探査機による発見
- NASAのボイジャー1号・2号は、ターミナルショックとヘリオポーズを直接通過し、太陽圏外側の環境を測定しました。ボイジャー1号は2012年頃にヘリオポーズを通過し、約121AU付近で太陽風圧に代わって星間プラズマの影響が勝る領域へ到達したと報告されました。ボイジャー2号も2018年にヘリオポーズを横断しています。
- 地球近傍の観測や宇宙望遠鏡（例えばIBEX）は、ヘリオスフィアの境界付近での中性原子の放射（IBEXリボン）を捉え、境界の形状と磁場の影響について新たな知見をもたらしました。
- これらの観測から、太陽圏が完全な球形ではなく、恒星運動と星間磁場の影響で前方に圧縮され後方に長い尾（テイル）を持つ非対称な形状をしていることが示唆されています。
太陽圏の役割と変動
太陽圏は私たちの太陽系を宇宙線や星間塵・粒子環境から部分的に守る存在です。太陽活動周期（約11年）によって太陽風の流量や磁場構造が変わるため、ヘリオポーズ付近の位置や形状も時間とともに変動します。さらに、将来的に太陽系が異なる密度や磁場を持つ星間領域に入ると、太陽圏の大きさや防御能力も大きく変化すると考えられます。
まとめると、太陽圏（ヘリオスフィア）は太陽風が作り出すプラズマの泡であり、その内部外部の境界（終了衝撃、ヘリオシース、ヘリオポーズ）や外側の波（バウ・ショック／バウ・ウェーブ）は、太陽活動と星間環境の相互作用によって決まります。これらの構造は探査機と天文観測により徐々に解明されつつあり、まだ多くの未解明点が残されています。
ヘリオスフィアの特徴を示す図。星間境界探査機の予備的な結果に基づき、描かれている形状は正しくない可能性がある。
太陽風
太陽風は、太陽コロナからの荷電（イオン化）した原子などの粒子と、磁場などの場で構成されている。太陽は約27日で1回転するため、太陽風によって運ばれた磁場は渦巻き状に巻かれる。太陽の磁場の違いは、太陽風によって外部に運ばれ、地球の磁気圏で磁気嵐を引き起こすことがある。
2005年3月、太陽・太陽圏観測衛星（SOHO）に搭載された太陽風異方性観測装置（SWAN）の観測により、太陽系が周囲の星間物質に埋もれてしまうのを防ぐために太陽風で満たされた体積である太陽圏が、軸対称ではなく、銀河系の局所磁場の影響を受けて歪んでいることが明らかになった。
質問と回答
Q:太陽圏とは何ですか?
A:太陽圏とは、太陽の磁気圏、恒星風の泡、最外層の大気層です。
Q:太陽圏は何からできていますか?
A: 太陽圏は、磁気圏、恒星風バブル、および太陽の最外層の大気層から構成されています。
Q: 太陽圏の物質のほとんどはどこから来ているのですか?
A: 太陽圏の物質のほとんどは、太陽自身からもたらされています。
Q: 太陽風は、太陽圏の半径100億キロメートルまではどれくらいの速さで流れているのでしょうか?
A: 太陽風は、半径100億キロメートルまでは、時速100万キロメートル以上の速さで吹いています。
Q: 終末ショックとは何ですか?
A: 太陽風が減速する地点がターミネーションショックです。
Q: ヘリオポーズとは何ですか?
A: 星間物質と太陽風の圧力が均衡する点をヘリオポーズと呼びます。
Q: バウショックとは何ですか?
A: 反対方向に進む星間物質が、太陽圏に衝突する際に速度が低下する点をバウショックといいます。
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