［A Tornado in Space (2)
Remembering Hannes Alfvén’s Admonition
宇宙の竜巻（2）
ハンス・アルヴェーンの忠告を偲んで］
Top: Herbig Haro 111, a “jetted star” sporting a filamentary jet 12 light-years in length.
Bottom: Hannes Alfvén, the father of modern plasma science, receiving his Nobel Prize from the King of Sweden in 1970.
上：12光年の長さのフィラメント状ジェットをスポーツする「ジェットスター」であるハービッグハロー111。
下：現代プラズマ科学の父であるハンス・アルヴェーンは、1970年にスウェーデン国王からノーベル賞を受賞しました。
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Feb 13, 2006
20世紀には、天文学者達はプラズマ現象の限られた認識しか示しませんでした。ほとんどの人は、宇宙プラズマにおける電流の役割を無視していました。その結果、より最近の観測のカスケード（連鎖）は、天文学者達が、説明のために把握する事を置き去りにしました。
前回の「今日の写真」で、ハービッグハロー49/50の謎に注目しました。これは、従来、天文学者の言葉では「よく理解されていない」属性を示す、恒星から生まれた「宇宙竜巻」と呼ばれていました。
〈https://takaakifukatsu.hatenablog.jp/entry/2021/08/11/060817１〉
標準的な天文モデルを使用してジェットを説明する試みは、一貫してもっともらしい答えを与えることができませんでした。
光年にまたがる高エネルギージェットを生成できる力は何でしょうか？
そして、これらのジェットはどのような手段でそのような距離を横切る狭い流れに閉じ込められているのでしょうか？
現在数百人が観察している噴出恒星は、伝統的な天文学の用語集に快適な場所を見つけられません。
ガスの流れが空間の真空中に急速に分散するのを防ぐことができる唯一の既知の力は磁性であり、電流だけが磁場を生成することができます。
しかし、20世紀初頭、天文学者達のコミュニティは、重力と慣性が天を支配するという考えにすでに決着をつけていました。
宇宙のシンプルで安全なビジョンを構築したので、彼らは、数学的にエレガントな宇宙の「全体像」への脚注である劣った考察を除いて、よりエキゾチックな力を楽しませることに熱心ではありませんでした。
謎は上の上の写真で強調されています：
地球から1500光年離れたところにある「ハービッグハロー111」は、12光年の長さのジェットを表示し、荷電粒子が毎秒500キロメートルに近づく速度に加速されています。
細かく糸状で結び目のあるジェットは、太陽から最も近い恒星までの距離の3倍に及びます。
恒星のジェットについて議論しているハッブル望遠鏡のウェブページの著者は、天文学者達のビジョンの現在の「しこり」を意図せずに強調しています。
彼らは、一方の端にある「ノズル」の観点から、「コリメートされた」または狭く閉じ込められたジェットを説明しようとしています
―科学が真空中のガスについて学んだことすべてに反する説明で。
この「しこり」は、避けられません。
たとえば、ハッブルページの作成者が、磁場が「ガスを狭いビームに集束させる可能性がある」ことを認めた場合に、それらが見られます。
この可能性に対して、彼らは「磁場が重要であるという直接的な観測証拠はまだない」と答えています。
最終的に、ほとんどの天文学者達は、宇宙に遍在する磁場の存在を認めるようになりました。
しかし、この認識に直面して、彼らはどのようにして彼らの基本原理を維持することができますか、それは電気が大宇宙で「何もしない」ことを意味するでしょうか？
しばらくの間、天文学者達は、プラズマにおける電場と磁場の役割に関する新しい洞察に現代物理学のすべてが恩恵を受けている優秀な電気技師、ハンス・アルヴェーンに同盟を結んでいると考えていました。
アルヴェーンの貢献は、先駆的な実験室研究に基づいていました。
彼の初期の論文では、彼は磁場が中性プラズマに「凍結」されていると述べました。
この概念に天文学者達はすぐに引き付けられました！
それは、宇宙のプラズマが、すべて高次の重力ダイナミクスの制御下で、原始時代または恒星と銀河の進化の初期段階で磁化された可能性があることを意味しました。
すべてのエネルギッシュな出来事は、重力のグリップ内でのみ移動する物質の切り離された島の観点から説明することができます。
アルヴェーンの初期の仮定の下で、天体物理学者達は、より大きな電流を探す必要なしに磁化プラズマを研究し始めました。
彼らは、電流を、「完全導体」であるプラズマを磁化するために、磁場を生成するのに十分な長さだけ必要な局所的で一時的な現象と見なすようになりました。
今日、アルヴェーンの「プラズマに凍結された」磁場の概念は、宇宙における磁気のほとんどの主流の解釈を支えています。
このアプローチにより、天文学者達は原因となる電流を、もはや関連性がなくなったかのように見渡すことができます。
磁化プラズマの研究は現在「電磁流体力学」と呼ばれ、アルヴェーンは研究の創設者として認められています。
1970年、彼は「電磁流体力学における基本的な発見」でノーベル賞を受賞しました。
この物語の決定的な転換点は、天文学者のコミュニティ内ではほとんど語られなかった部分ですが、アルヴェーンは自分が間違っていたことに気づいたということです。
そして、彼はノーベル賞の受諾演説の機会を利用して、科学者たちに彼の以前の仕事を無視するように懇願した。
彼によると、磁場は話の一部にすぎません。
磁場を発生させる電流を見逃してはなりません、そして、電流がない状態で宇宙プラズマをモデル化する現代の試みは、天文学と天体物理学を危機への道に設定するだろうと彼は言った。
アルヴェーンは、プラズマの振る舞いは数学者の好みには「複雑で扱いにくい」と強調しました。
それは「数学的に洗練された理論にはまったく適していない」分野です。
それは、実験室でのプラズマダイナミクスに実際に注意を払う必要があります。
悲しいことに、彼は、プラズマ宇宙が「実験室でプラズマを見たことがない理論家の遊び場になった」と述べました。
彼らの多くは、実験室での実験から間違っていることがわかっている公式を今でも信じています。」
アルヴェーンは何度も何度も次の点を繰り返しました：
今日の宇宙論者達の根底にある仮定は、「最も洗練された数学的方法で開発されており、理論がどれほど美しいかを「理解」せず、それらに従うことを絶対に拒否するのはプラズマ自体だけです」。
理論上の危機は、天文学者達がより強力な望遠鏡と電磁スペクトル全体を「見る」機器で宇宙を見るときにのみ深まります、 どこを見ても、天文学者達は磁場の影響に遭遇します
―「標準的な」天文学の基本的な仮定を必然的に打ち砕くワイルドカード：
宇宙プラズマは、永久に「凍結」された磁場を持つことはできません。
希薄なプラズマ環境では、磁場を維持するために電流が必要です。
ハービッグハローオブジェクト
―そして宇宙の他の無数の構造は
―したがって、天文学者達の電気的に無菌の宇宙への根本的な挑戦として立っています。
数十年前、アルヴェーンは、恒星が赤道電流シートと極電流を含む電気回路を持っていることを示しました。
彼は、電磁エネルギーは、そのエネルギーが極放電に切り替わるいくつかの重要な分岐点まで、恒星の赤道電流シートに蓄積される可能性があると述べました。
結果として生じるジェットは、粒子を加速する「ダブル・レイヤー（二重層）」、つまり強い電界が横切る絶縁プラズマシースの壁によって励起されます。
そのような電場の存在下では、恒星の重力は重力よりも比類のないほど強力な力に取って代わられ、物質を恒星から遠ざけるように加速します。
（同様のメカニズムが現在、高度なプラズマロケットエンジンについて調査されています）。
何十年にもわたる実験室での実験により、極性プラズマ放電によって生成されたトロイダル磁場が、放電を狭いジェットに限定することが示されています。
宇宙の真空中で、磁場は、放電の高温ガスが蒸気のかすかなように急速に分散して冷却するのを防ぎます。
同様に、プラズマ実験は、放電の経路に沿って明るい結び目と光るフィラメントを作成して点灯させるのは電気エネルギーであることを示しています。
したがって、電気的理論家は、恒星間ジェットの「謎」に対する驚きと困惑の叫びを目にしたときにのみ頭をかきむしります。
新しい発見は、アルヴェーンと彼の同僚の発見を単に確認するものです：
プラズマ実験室での実験は、宇宙の次元（規模、領域）に拡張可能です。
ハービッグハローオブジェクトの明らかなものを明らかにするのは、エレガントな方程式ではなく、電気技師の常識です。
電流によって引き起こされるトロイダル磁場によって閉じ込められた軸方向の電流が、ジェットの全長に沿って流れています。
電場だけが恒星間空間を横切って荷電粒子を加速することができます。
想像を絶することを達成する一方の端に「ノズル」はありません。
ジェットは優れた科学に逆らうのではなく、それを強化します。
そして、この写真が今日の重力の教義よりも大きな声で話しているならば、これは恒星間空間が電流で生きているためです。
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Feb 13, 2006
In the twentieth century, astronomers showed only a limited appreciation of plasma phenomena. Most ignored the role of electric currents in space plasma, a subject unfamiliar to them. As a result, the cascade of more recent observations has left astronomers grasping for explanations.
20世紀には、天文学者達はプラズマ現象の限られた認識しか示しませんでした。ほとんどの人は、宇宙プラズマにおける電流の役割を無視していました。その結果、より最近の観測のカスケード（連鎖）は、天文学者達が、説明のために把握する事を置き去りにしました。
In our previous Picture of the Day we noted the mystery of Herbig Haro 49/50, conventionally described as a star-born “cosmic tornado” exhibiting attributes that are, in astronomers’ words, “poorly understood”.
前回の「今日の写真」で、ハービッグハロー49/50の謎に注目しました。これは、従来、天文学者の言葉では「よく理解されていない」属性を示す、恒星から生まれた「宇宙竜巻」と呼ばれていました。
〈https://takaakifukatsu.hatenablog.jp/entry/2021/08/11/060817１〉
Attempts to explain the jets using standard astronomical models have consistently failed to give plausible answers.
標準的な天文モデルを使用してジェットを説明する試みは、一貫してもっともらしい答えを与えることができませんでした。
What force is capable of producing high-energy jets spanning light-years?
光年にまたがる高エネルギージェットを生成できる力は何でしょうか？
And by what means are these jets confined to a narrow stream across such distances?
そして、これらのジェットはどのような手段でそのような距離を横切る狭い流れに閉じ込められているのでしょうか？
Jetting stars, now observed by the hundreds, find no comfortable place in the lexicon of traditional astronomy.
現在数百人が観察している噴出恒星は、伝統的な天文学の用語集に快適な場所を見つけられません。
The only known force that can prevent a stream of gas from rapidly dispersing in the vacuum of space is magnetism, and only electric currents can generate a magnetic field.
ガスの流れが空間の真空中に急速に分散するのを防ぐことができる唯一の既知の力は磁性であり、電流だけが磁場を生成することができます。
But early in the twentieth century, the community of astronomers had already settled on the idea that gravity and inertia rule the heavens.
しかし、20世紀初頭、天文学者達のコミュニティは、重力と慣性が天を支配するという考えにすでに決着をつけていました。
Having constructed a simple and secure vision of the cosmos, they were not eager to entertain a more exotic force except as an inferior consideration, a footnote to a mathematically elegant “big picture” of the cosmos.
宇宙のシンプルで安全なビジョンを構築したので、彼らは、数学的にエレガントな宇宙の「全体像」への脚注である劣った考察を除いて、よりエキゾチックな力を楽しませることに熱心ではありませんでした。
The enigma is highlighted by the top picture above:
1500 light-years from Earth lies “Herbig Haro 111”, displaying a jet 12 light-years long with charged particles accelerated to speeds approaching 500 kilometers per second.
謎は上の上の写真で強調されています：
地球から1500光年離れたところにある「ハービッグハロー111」は、12光年の長さのジェットを表示し、荷電粒子が毎秒500キロメートルに近づく速度に加速されています。
The finely filamentary and knotted jet spans three times the distance from the Sun to our nearest star.
細かく糸状で結び目のあるジェットは、太陽から最も近い恒星までの距離の3倍に及びます。
The authors of a Hubble Telescope webpage discussing stellar jets have unintentionally highlighted the present strains on the astronomers’ vision.
恒星のジェットについて議論しているハッブル望遠鏡のウェブページの著者は、天文学者達のビジョンの現在の「しこり」を意図せずに強調しています。
They seek to account for the “collimated” or narrowly confined jets in terms of a “nozzle” located on one end
—an explanation defying all that science has learned about gases in a vacuum.
彼らは、一方の端にある「ノズル」の観点から、「コリメートされた」または狭く閉じ込められたジェットを説明しようとしています
―科学が真空中のガスについて学んだことすべてに反する説明で。
The strains are inescapable.
この「しこり」は、避けられません。
We see them, for example, when the authors of the Hubble page acknowledge that magnetic fields “might focus the gas into narrow beams”.
たとえば、ハッブルページの作成者が、磁場が「ガスを狭いビームに集束させる可能性がある」ことを認めた場合に、それらが見られます。
To this possibility, they respond, “there is as yet no direct observational evidence that magnetic fields are important”.
この可能性に対して、彼らは「磁場が重要であるという直接的な観測証拠はまだない」と答えています。
Eventually most astronomers have come to acknowledge the ubiquitous presence of magnetic fields in space.
最終的に、ほとんどの天文学者達は、宇宙に遍在する磁場の存在を認めるようになりました。
But in the face of this acknowledgement, how could they preserve their foundational principle, which implies that electricity does not “do anything” in the macrocosm?
しかし、この認識に直面して、彼らはどのようにして彼らの基本原理を維持することができますか、それは電気が大宇宙で「何もしない」ことを意味するでしょうか？
For a time astronomers thought they had an ally in the brilliant electrical engineer, Hannes Alfvén, to whom all of modern physics is indebted for new insights on the role of electric and magnetic fields in plasma.
しばらくの間、天文学者達は、プラズマにおける電場と磁場の役割に関する新しい洞察に現代物理学のすべてが恩恵を受けている優秀な電気技師、ハンス・アルヴェーンに同盟を結んでいると考えていました。
Alfvén’s contributions were based on pioneering laboratory research.
アルヴェーンの貢献は、先駆的な実験室研究に基づいていました。
In his early papers, he spoke of magnetic fields being “frozen” into neutral plasma.
彼の初期の論文では、彼は磁場が中性プラズマに「凍結」されていると述べました。
To this notion astronomers were readily attracted!
この概念に天文学者達はすぐに引き付けられました！
It meant that plasma in space could have been magnetized in primordial times or in early stages of stellar and galactic evolution, all under the control of higher-order gravitational dynamics.
それは、宇宙のプラズマが、すべて高次の重力ダイナミクスの制御下で、原始時代または恒星と銀河の進化の初期段階で磁化された可能性があることを意味しました。
Every energetic event could still be explained in terms of disconnected islands of matter moving solely within the grip of gravity.
すべてのエネルギッシュな出来事は、重力のグリップ内でのみ移動する物質の切り離された島の観点から説明することができます。
Under Alfvén’s early assumption, astrophysicists began to study magnetized plasma without having to seek out larger electric currents.
アルヴェーンの初期の仮定の下で、天体物理学者達は、より大きな電流を探す必要なしに磁化プラズマを研究し始めました。
They came to view electric currents as localized and temporary phenomena needed just long enough to create a magnetic field, to magnetize plasma, the “perfect conductor”.
彼らは、電流を、「完全導体」であるプラズマを磁化するために、磁場を生成するのに十分な長さだけ必要な局所的で一時的な現象と見なすようになりました。
Today, Alfvén’s concept of magnetic fields “frozen-into plasma” underpins most mainstream interpretations of magnetism in space.
今日、アルヴェーンの「プラズマに凍結された」磁場の概念は、宇宙における磁気のほとんどの主流の解釈を支えています。
The approach enables astronomers to look past the causative electric currents as if they are no longer relevant.
このアプローチにより、天文学者達は原因となる電流を、もはや関連性がなくなったかのように見渡すことができます。
The study of magnetized plasma is now called “magnetohydrodynamics”, and Alfvén is acknowledged as the founder of the study.
磁化プラズマの研究は現在「電磁流体力学」と呼ばれ、アルヴェーンは研究の創設者として認められています。
In 1970 he received the Nobel Prize for his “fundamental discoveries in magnetohydrodynamics”.
1970年、彼は「電磁流体力学における基本的な発見」でノーベル賞を受賞しました。
The critical turn in this story, the part almost never told within the community of astronomers, is that Alfvén came to realize he had been mistaken.
この物語の決定的な転換点は、天文学者のコミュニティ内ではほとんど語られなかった部分ですが、アルヴェーンは自分が間違っていたことに気づいたということです。
And he used the occasion of his acceptance speech for the Nobel Prize to plead with scientists to ignore his earlier work.
そして、彼はノーベル賞の受諾演説の機会を利用して、科学者たちに彼の以前の仕事を無視するように懇願した。
Magnetic fields, he said, are only part of the story.
彼によると、磁場は話の一部にすぎません。
The electric currents that create magnetic fields must not be overlooked, and contemporary attempts to model space plasma in the absence of electric currents will set astronomy and astrophysics on a course toward crisis, he said.
磁場を発生させる電流を見逃してはなりません、そして、電流がない状態で宇宙プラズマをモデル化する現代の試みは、天文学と天体物理学を危機への道に設定するだろうと彼は言った。
Alfvén stated emphatically that plasma behavior is too “complicated and awkward” for the tastes of the mathematicians.
アルヴェーンは、プラズマの振る舞いは数学者の好みには「複雑で扱いにくい」と強調しました。
It is a field “not at all suited for mathematically elegant theories”.
それは「数学的に洗練された理論にはまったく適していない」分野です。
It requires hands-on attention to plasma dynamics in the laboratory.
それは、実験室でのプラズマダイナミクスに実際に注意を払う必要があります。
Sadly, he observed, the plasma universe became “the playground of theoreticians who have never seen a plasma in a laboratory.
悲しいことに、彼は、プラズマ宇宙が「実験室でプラズマを見たことがない理論家の遊び場になった」と述べました。
Many of them still believe in formulae which we know from laboratory experiments to be wrong”.
彼らの多くは、実験室での実験から間違っていることがわかっている公式を今でも信じています。」
Again and again Alfvén reiterated the point:
the underlying assumptions of cosmologists today “are developed with the most sophisticated mathematical methods and it is only the plasma itself which does not ‘understand’ how beautiful the theories are and absolutely refuses to obey them”.
アルヴェーンは何度も何度も次の点を繰り返しました：
今日の宇宙論者達の根底にある仮定は、「最も洗練された数学的方法で開発されており、理論がどれほど美しいかを「理解」せず、それらに従うことを絶対に拒否するのはプラズマ自体だけです」。
The theoretical crisis only deepens as astronomers view the universe with higher-powered telescopes and with instruments that “see” the entire electromagnetic spectrum. Wherever they look, astronomers encounter the effects of magnetic fields
—a wild card that will inevitably shatter the foundational assumptions of “standard” astronomy:
Space plasma cannot have a magnetic field permanently "frozen in" to it.
理論上の危機は、天文学者達がより強力な望遠鏡と電磁スペクトル全体を「見る」機器で宇宙を見るときにのみ深まります、 どこを見ても、天文学者達は磁場の影響に遭遇します
―「標準的な」天文学の基本的な仮定を必然的に打ち砕くワイルドカード：
宇宙プラズマは、永久に「凍結」された磁場を持つことはできません。
In a rarefied plasma environment, electric currents are required to sustain a magnetic field.
希薄なプラズマ環境では、磁場を維持するために電流が必要です。
Herbig Haro objects
—and innumerable other structures in space
—thus stand as a fundamental challenge to the astronomers’ electrically sterile universe.
ハービッグハローオブジェクト
―そして宇宙の他の無数の構造は
―したがって、天文学者達の電気的に無菌の宇宙への根本的な挑戦として立っています。
Decades ago, Alfvén showed that stars have an electrical circuit involving an equatorial current sheet and polar current streams.
数十年前、アルヴェーンは、恒星が赤道電流シートと極電流を含む電気回路を持っていることを示しました。
He noted that electromagnetic energy could be stored in a star's equatorial current sheet until some critical juncture when that energy is switched into a polar discharge.
彼は、電磁エネルギーは、そのエネルギーが極放電に切り替わるいくつかの重要な分岐点まで、恒星の赤道電流シートに蓄積される可能性があると述べました。
The resulting jet would be energized by a particle-accelerating "double layer", the wall of an insulating plasma sheath, across which there is a strong electric field.
結果として生じるジェットは、粒子を加速する「ダブル・レイヤー（二重層）」、つまり強い電界が横切る絶縁プラズマシースの壁によって励起されます。
In the presence of such an electric field, the gravity of a star would give way to a force incomparably more powerful than gravity, accelerating matter away from the star.
そのような電場の存在下では、恒星の重力は重力よりも比類のないほど強力な力に取って代わられ、物質を恒星から遠ざけるように加速します。
(A similar mechanism is now being investigated for advanced plasma rocket engines).
（同様のメカニズムが現在、高度なプラズマロケットエンジンについて調査されています）。
Decades of laboratory experiments have shown that a toroidal magnetic field, created by a polar plasma discharge, confines the discharge to a narrow jet.
何十年にもわたる実験室での実験により、極性プラズマ放電によって生成されたトロイダル磁場が、放電を狭いジェットに限定することが示されています。
In the vacuum of space, a magnetic field will prevent the hot gases of a discharge from rapidly dispersing and cooling like a wisp of steam.
宇宙の真空中で、磁場は、放電の高温ガスが蒸気のかすかなように急速に分散して冷却するのを防ぎます。
In the same way, plasma experiments have shown that it is electrical energy that creates and lights the bright knots and glowing filaments along the path of the discharge.
同様に、プラズマ実験は、放電の経路に沿って明るい結び目と光るフィラメントを作成して点灯させるのは電気エネルギーであることを示しています。
So the electrical theorists can only scratch their heads when they see exclamations of surprise and bafflement over the “mysteries” of interstellar jets.
したがって、電気的理論家は、恒星間ジェットの「謎」に対する驚きと困惑の叫びを目にしたときにのみ頭をかきむしります。
The new discoveries simply confirm the findings of Alfvén and his colleagues:
Experiments in the plasma laboratory are scalable to cosmic dimensions.
新しい発見は、アルヴェーンと彼の同僚の発見を単に確認するものです：
プラズマ実験室での実験は、宇宙の次元（規模、領域）に拡張可能です。
It is the common sense of the electrical engineer, not elegant equations, that exposes the obvious in Herbig-Haro objects.
ハービッグハローオブジェクトの明らかなものを明らかにするのは、エレガントな方程式ではなく、電気技師の常識です。
An axial electric current, confined by a current-induced toroidal magnetic field, is flowing along the entire length of the jet.
電流によって引き起こされるトロイダル磁場によって閉じ込められた軸方向の電流が、ジェットの全長に沿って流れています。
Only an electric field can accelerate charged particles across interstellar space.
電場だけが恒星間空間を横切って荷電粒子を加速することができます。
There is no “nozzle” on one end accomplishing the inconceivable.
想像を絶することを達成する一方の端に「ノズル」はありません。
The jet is not defying good science, but reinforcing it.
ジェットは優れた科学に逆らうのではなく、それを強化します。
And if the pictures speak more loudly than today’s gravitational dogma, this is because interstellar space is alive with electric currents.
そして、この写真が今日の重力の教義よりも大きな声で話しているならば、これは恒星間空間が電流で生きているためです。
