大気は我々の想像を超えて広がっている

・研究者は20年以上前のデータを観察し、地球の大気が最大63万キロメートル離れていることを発見しました。

・ただし、水素原子の量が非常に少ないため、天文学者は真空と呼びます。

地球の大気は5つの層が連なっていて、それぞれ固有の特性があります。 最外層である外気圏は、惑星間空間の領域に徐々に消えていきます。

外気圏と宇宙空間が出会う領域には水素原子が多数存在することがわかっており、この特定の領域はジオコロナとして知られています。約20年前、NASAの宇宙船SOHOは、特殊な装置（SWAN）を使用して、地球の周りの水素の痕跡を追跡し、ジオコロナの境界を正確に決定しました。

近年、欧州宇宙機関の研究者は、数十年前の観測を分析し、地球の大気が月のほぼ2倍の63万キロメートルまで広がっていることを発見しました。 そこで息をすることはできませんが、この発見は宇宙探査と旅行に大きな影響を及ぼしました。

地球の外気圏の水素雲

太陽光は、ライマンアルファと呼ばれる特定の波長を介して水素原子と相互作用します。 水素原子は、この紫外線波長を放出したり吸収することができます。 この光のほとんどは私たちの大気に吸収されるため、この現象は宇宙からしか観測できません。

ジオコロナのライマンα線には水素吸収セルがあり、SWANを使えば正確に測定できます。 これで、ジオコロナ内の水素雲が地球の昼側の太陽光によって圧縮されていることがわかります。

地球のジオコロナのイラスト | 画像元: ESA

観測によると、外気圏はかなりの距離で太陽圏よりも少し密度が高いです。 私たちの惑星から60,000kmのところに、70個の水素原子/ cm3があります。 約384,400キロメートル離れた月では、わずか0.2原子/ cm3しかありません。 水素原子は、密度が低いけれども紫外線と相互作用するため、研究者はジオコロナを正確に分析することができました。

これらの粒子は悪影響をもたらすのか？

外気圏の水素は、宇宙研究をするのに十分な量がなく、研究者はそれを真空と呼びます。 今後の月面ミッションで宇宙飛行士に影響を与えることはありません。

研究者は、宇宙旅行への影響は太陽の放射よりもはるかに少ない（または無視できる）と考えています。 ただし、月の近くで行われる将来の観測に影響を与える可能性があります。 遠方の銀河や星の化学組成を研究する紫外線望遠鏡は、これを考慮に入れる必要があります。

SOHO宇宙船

SOHO（ Solar and Heliospheric Observatory　太陽と太陽圏天文台の略）は、1995年に太陽を研究するため打ち上げられました。 当初は2年間のミッションとして計画されていましたが、宇宙船は23年間、宇宙での運用を続けています。

宇宙船は、地球から約150万キロメートル離れた地球-太陽L1ポイントの周りのハロー軌道にあります。 宇宙からジオコロナを見るのに最適な場所です。衛星は、特定の時期にのみ地球と大気の拡張を観測することができました。 この場合、SOHOのSWANは、地球とそのジオコロナが見えてきたときに3回（1996年から1998年の間に）データを取得しました。

月から撮影したジオコロナ（紫外線で明るく輝く） | 画像元: NASA

アポロ16号の宇宙飛行士は、1972年に月で望遠鏡を使用して、無意識のうちに地球のジオコロナの最初の画像を撮影しました。当時、月が地球の大気中を飛んでいるという事実に誰も気づいていませんでした。

同様の宇宙船の機器は、外気に水素が豊富にある他の惑星（金星、火星、地球など）の水蒸気を画像化することができます。 これは、潜在的な貯水池がある太陽系外惑星（太陽系の外にある惑星）を観測するのに非常に役立つ可能性があります。