地球の磁気圏から発せられるこれらの奇妙な音は何を意味するのでしょうか?

地球の磁場環境は、私たちには聞こえない「交響曲」で満ちています。超低周波の電波は、地球と太陽の劇的で複雑な関係を描写する魅惑的なオペラを構成します。

現在、NASA が資金提供している新しい市民科学プロジェクト「Heliophysics Audified: Resonances in Plasmas (HARP)」では、本来は聞こえないはずのこの変動を、口笛やカリカリ音、ヒューという音など、さまざまな音に変換しています。このプロジェクトは、初期テストですでにいくつかの驚くべき発見をしており、市民科学者は音で宇宙を探索する旅に参加し、太陽と地球の歌を理解するのに役立つこれらの宇宙の振動の背後にある意味を解読することができます。

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NASA の新しい HARP 市民科学プログラムに参加して、宇宙の音を聞き、太陽と地球の関係についてさらに学びましょう。動画ソース: NASA/Beth Anthony 字幕制作: Wow @NASA Enthusiast

「私が最も興奮しているのは、市民科学者が太陽物理学の研究に参加し、健全な分析を通じて新たな発見ができることだ」と、コロラド州の宇宙科学研究所の太陽物理学者でHARPの主任研究員であるマイケル・ハーティンガー氏は語った。 「地球近くの宇宙環境の複雑なパターンを理解するには、彼らの助けが必要です。」

地球の磁気圏は磁場の泡であり、太陽から来る荷電粒子のほとんどから地球を囲み保護しています。しかし、太陽の粒子が磁気圏に衝突すると、地球を取り囲む磁力線とプラズマがハープ弦のように振動し、超低周波が発生します。上のアニメーションでは、黄色の太陽風粒子が画像の左上にある太陽から右側の地球に向かって流れています。地球は数十本の磁力線と赤い弧状の帯に囲まれており、その周囲では太陽粒子が遮られています。弧の内側には細い青い波線があります。画像提供: マーティン・アーチャー、インペリアル・カレッジ・ロンドン/エマニュエル・マッソンソン、UCLA/NASA

地球と太陽の間の空間は完全な真空ではなく、プラズマと呼ばれる荷電粒子で満たされています。このプラズマは太陽から発生し、太陽風として一定の流れで太陽から放出され、時折太陽の爆発の際に大きな力で放出されます。これらの太陽プラズマが地球に衝突すると、地球の周りの磁力線とプラズマがハープのように振動し、超低周波が発生します。

2007年、NASAはTHEMISミッションの一環として5機の衛星を打ち上げました。 THEMIS 衛星は磁気圏全体を観測し、地球環境を移動するプラズマとエネルギーがどのようにしてさまざまな種類のオーロラ (北極光と南極光) を引き起こすのかを研究します。 2010年、2機の衛星は月の環境を調査するために再割り当てされ、残りの3機は地球の磁気圏とオーロラの探査を続けている。この画像では、地球の周りを周回する 5 つの同一のテミス衛星が示されています。この画像では、1 つの衛星が地球の前にあり、残りの 4 つは地球の後ろにあります。地球の周りの 5 つの青いリングがその軌道を示し、オーロラは地球の北極付近から放射されます。画像提供: NASA/ゴダード宇宙飛行センター概念画像ラボ

2007 年、NASA は THEMIS (サブストーム中の事象とマクロスケールの相互作用の時間履歴) ミッションの一環として、地球の磁場ハープ、つまり磁気圏を通過する 5 つの衛星を打ち上げました。それ以来、THEMIS衛星は地球の磁気圏内のプラズマ変動に関する豊富な情報を収集してきました。

THEMIS ミッションは、地球環境におけるプラズマとエネルギーの動きがどのようにしてさまざまな種類のオーロラ (北極光と南極光) を引き起こすのかを調査します。 2010年に2機の衛星が月の環境を調査するために再割り当てされましたが、他の3機は地球の磁気圏とオーロラの探査を続けています。 3つの衛星はTHEMIS-A、THEMIS-D、THEMIS-E1と呼ばれています。

THEMIS ミッションの主な目的は、オーロラサブストームを引き起こす物理プロセスを特定することです。オーロラサブストームは、地球の磁気圏内で発生する現象で、地球の高緯度地域でオーロラ活動が突然明るくなり、活発になります。オーロラサブストームは、太陽風と地球の磁場の相互作用によって引き起こされます。太陽風の荷電粒子の流れが地球の磁場と相互作用すると、磁気圏の尾部でエネルギーの蓄積と放出が起こり、オーロラサブストームが発生します。 THEMIS 衛星と地上の機器はこれらのサブストームを同時に観測し、その起源と進化を明らかにすることができます。

「テミスは磁気圏全体をサンプル採取することができ、長期間そこに留まっているため、大量のデータを収集している」とハーティンガー氏は語った。

これらの波は太陽と地球の間のエネルギーの伝達と変換を理解する上で重要ですが、THEMIS 衛星によって測定される周波数は人間の耳には聞こえないほど低すぎます。そこでHARPチームは周波数を上げて音波に変換しました。チームが開発したインタラクティブ ツールを使用すると、これらの波を聞いて、聞こえる興味深い音の特徴を拾い上げることができます。

「深い聴取を通じて新しい機能を識別するプロセスは、宝探しのようなものです。世界中の人々がHARPプロジェクトを通じてこれを体験できることを嬉しく思います」と、HARPチームのメンバーであるAuralab Technologiesのロバート・アレクサンダー氏は語った。

研究チームによれば、人間は目よりも耳で興味深い波のパターンを見つけ出すのが得意で、極端な太陽現象の際に生じる複雑なパターンを識別する能力はコンピューターよりも優れているという。 「人間の聴覚は信じられないほど強力な能力だ」とHARPチームのメンバーであるインペリアル・カレッジ・ロンドンのマーティン・アーチャー氏は言う。 「私たちは基本的に、生まれたときからさまざまな音のパターンを認識し、さまざまな音源を聞き分けるように訓練されています。私たちは生まれながらにして、いくつかの非常に驚くべき分析を行うことができ、最先端のコンピューター アルゴリズムさえも凌駕しています。」

2023年3月24日、全天カメラがカナダの夜空に舞う緑色のオーロラを捉えた。科学者たちはオーロラの特徴をNASAのTHEMISミッションの観測結果と比較し、オーロラの渦巻くような震えるパターンが地球近くのプラズマ波に直接関連していることを発見した。

画像提供: カナダ、カルガリー大学

HARP プロジェクトは、アーチャー氏が主導した以前の音響化プロジェクトである MUSICS (「市民科学者の協力による磁気圏の波動の音響化」の略) からヒントを得たものです。アーチャー氏がロンドンの高校生たちにアメリカ海洋大気庁（NOAA）の衛星からの音響データ（音に変換された測定値）を聞かせたところ、彼らは太陽嵐に関連する新しいプラズマ波のパターンを発見した。

「ロンドンの高校生たちは、自動化されたアルゴリズムが見逃していた、複雑だが繰り返し可能な音のパターンを見つけ出すことができた」とハーティンガー氏は語った。 「HARPは、NASAのTHEMISミッションからのはるかに大規模なデータセットと、はるかに大規模なオンライン視聴者を活用して、この研究を次のレベルに引き上げます。」

HARPチームは、幅広く多様なグループが声を聞くことには利点があると述べています。 「誰もが世界を違ったように聞いています」と、HARP チームのメンバーであり、NASA の THEMIS ミッションのメンバーでもある UCLA の Emmanuel Masongsong 氏は説明します。 「参加者はそれぞれ、空間の振動に対して独自の反応を示します。ある人が見逃すものが、別の人の注意を引くこともあります。私たちが考えもしなかったものや、コンピューターのアルゴリズムでは検出できなかったものを人々が発見してくれることを願っています。」

HARP プロジェクトの Web サイトでは、さまざまな衛星、さまざまな時間、さまざまな場所からの宇宙音を聞くことができ、それらを分類、タグ付け、コメントすることができます。インタラクティブ マップを使用して聞きたいサウンドを選択したり、カレンダーを使用してさまざまな日付のサウンドを表示したりすることもできます。独自のサウンドコレクションを作成し、他の市民科学者と発見を共有することもできます。

共鳴やノイズなどの特定の音のパターンを識別し、それが太陽活動や地球環境の変化とどのように関連しているかを調べることができます。また、珍しい、または未知の音響現象を発見し、独自の説明や仮説を提案することもできます。

HARP による初期の調査では、科学者の予想とは逆に周波数が変化する、プロジェクトチームが「逆ハープ」と呼ぶパターンなど、予想外の特徴が明らかになり始めている。 「HARPが予想外のものを発見するかもしれないというのは本当に興奮する」とアーチャー氏は語った。

HARP は、HamSCI プロジェクトに参加しているアマチュア無線家が聞いた音や、Aurorasaurus プロジェクトを通じて調査された波状のオーロラなど、NASA の他の市民科学者が遭遇した現象についての洞察も提供します。

「データの音声化は人類に宇宙の音楽を楽しむ機会を与える」とアレクサンダー氏は語った。 「私たちが聞く音はまさに予想外のもので、私にとっては宇宙服を着て宇宙を歩くのに次ぐ最高の体験です。」