太陽地球環境科学の将来と研究所に期待すること「ひので」から
Solar-C
Solar
C＆Solar
Solar-D
Dへ

今、太陽がおもしろい！

常田佐久(国立天文台)

11

黒点数

1980
▼大学院入学1990

2000

太陽の飛翔体観測は日本でいか測は本に進展したか
2010

2020

衛星計画
～5年
ASTRO-A
ひのとり（博士論文５）

SOLAR-A
ようこう(博士論文５９）

～7年

～4年

～4年

研究室で実施した
基礎プロジェクト

観測的研究
硬Ｘ線・フレア
粒子加速観測ロケット実験ッ ラ
遠鏡
ドップラー望遠鏡(博士論文２）

SOLAR-B
ひので

気球実験
硬Ｘ線スペクトル計
硬線クトル計(博士論文１）

地上望遠鏡
での磁場観測軟Ｘ線・コロナ (博士論文２）

磁気リコネクション

SOLAR-C

観測ロケット実験
彩層磁場

可視光・偏光磁場・ダイナモ・波22日本の総力をあげた「ひので」衛星
SOT: 可視光磁場望遠鏡
超高空間分解能(0.2秒角)での超高空間分解能(02秒角)での光球面像&ベクトル磁場の観測

EIS: 極端紫外撮像分光装置
遷移層とコロナでの分光観測による、ドップラー速度場や乱流速度場など、物理量の測定

XRT: X線望遠鏡
線望遠鏡

高空間分解能(2秒角)での太陽コロナの撮像観測および温度診断

日米英共同プロジェクト
打上げ:
2006年9月23日JST
設計寿命: 2年
軌道:
太陽同期極軌道

3

44

低β磁気
気プラズ
ズマのの間欠
欠的エネ
エネ
ルギ
ギー解
解放(「「ようここう」)
55

コロ
ロナかからのの質量量と磁場磁場のの放出 ((CMEE)

Hinode Soft X-rays
9 April 2008

6

2010/2/22-24
77

静穏でな
静穏でない
静穏コ
静穏コロロナ!

どこを見ているのか?
光球 彩層 遷移層
光球ー彩層ー遷移層ーコロナナ
TTempeerature
e (K)

X-ray
yVisible
Phtosphere

ChromosphereCorona

粒状班 サイズ
粒状班のサイズ2010/2/22-24

Height (km)88

9

「ひので」6千度の光球
Solar surface seen in visible light139
91000km

20000 km2010/2/22-24

9サイズ0.1-0.2秒角の基本磁束管• Equipartiiton-B
より強いｋＧ磁場• 主に対流セルの間に存在• 太陽全面に存在

1010

回転するガス球にすぎない太陽が強い磁場を持 ている！
い磁場を持っている！

回転
対流差動回転⇒ダイナモ1111

対流 から湧
対流層か湧き上上がる磁
磁場1212太陽：「ひので」前

Rutten, R., ASP-CS, 184, 181, 19991313

太陽：ひので後ダイナモ 乱流 波動 リコネクション
ダイナモ、乱流、波動、リコネクション
遅い太陽の源
黒点の輝点
半暗部いろいろ
超音速下降流磁気ロープ：彩層
磁気ロプ：彩層を抜けコロナに
磁気ロープの浮上
ユビキタスな
短寿命水平磁場

コロナの輝線の膨らみ 1414

「ひので」査読論文数
世界中の観測系研究者のかなりが「ひので」を使用
SwitzlandBrazilSlovakia
GreeceNetherlands
Austlaria
Austria
Russia
Korea
India
China
Czech
IrelandGermany
Belgium
gItalyFranceSpain
Norway
UK
USA
Japan

0101
01010
010
010
01 2020
4 22 31388
3 41401010111
0 1066010
11 3 0
10 3 53 3 662 1 20
51220
23020

414

衛星打上 2006年9月
衛星打年 月2007年 63編
2008年 97編(0.27)
2009年 111編(0.31)
2010年 90編(0.35)（～９月１０日）
合計
363編(下条による調査）

2007
2008
2009
2010

第一著者所属機関国籍分布

435
2335
1340301760801001512015衛星による太陽観測で定評のある日本

太陽活動の変動を解明するSolar‐C/D衛星
太陽活動の変動を解明するSolar
C/D衛星
ようこう/SOLAR-A（1991–2001）

太陽物理における未解決問題
ひのとり/ASTRO-A（1981–1982）
太陽の内部構造と磁場の起源（ダイナモ）
フレア観測
X線、γ線 (E >10 keV)
フレア、コロナ観測
彩層とコロナの加熱とダイナミズム
X線、γ線 (E >0.1 keV)
粒子加速
ひので/SOLAR B（2006 ）ひので/SOLAR-B（2006–）

ＳＯＬＡＲ－ＣとＳＯＬＡＲ－Ｄによる太陽活動
よる太陽活動の総合的解明と地球環境への影響評価ア
ルゴリズムの構築
ゴリズム 構築

光球、彩層、遷移層、コロナ、フレア16可視光、極紫外線、X線

16

A案・B案：連携した科学目的• A案:未踏の太陽極域探査– 黄道面（目標４0度）を離れ太陽極域内部の回転角速度・流れ場と磁場を同時観測– 太陽ダイナモ機構・太陽風加速機構解明のための基礎的観測を実施• B案：彩層・コロナ加熱、太陽風加速の物理は太陽表面の微細構造にある– 必要な解像度は、filling factorの観測から、0.1-0.5秒角にあり、技術的に到達可能– ひのでは、高分解能＋分光の威力を見せつけた。「撮像から分光」は天文学の自然な発展。
– ＳＤＯはすばらしい。しかし、あれだけでは物理はやれな
ＳＤＯはすばらしい しかし あれだけでは物理はやれない。
1717ロードマップ2010‐2030
2010

HINODE2006 Sep
Sep. 23

2020

Solar maximum

CY
Solar maximum

A

B/C

Established international
SOLAR-C sub-WG(Feb. 2009)

JAXAD

SOLAR-DInterim Report

Pre-A

Mission proposal

Sounding Rocket
Experiment with NASA

Launch (FY 201 February)

CDR

Pre-A

PDR

Project

SDR

WG Activities

MDR
SRR

SOLAR-CPre
Project

Phase 1 Initial analysis and discovery
Phase 2 New development from solar max. observations
Phase 3 New view with cycle-long observations

CLASP

Kickoff(Nov. 2008)

Launch (summer 2014)

Launch (CY 2028)
A

B/C

D

Pre-A: Pre-Phase-A (WG activities)
A: Phase-A (R&D)
B/C: Phase-B/C (PM phase)
D: Phase-D (FM phase)18

２０１０ ２０３０年太陽観測衛星
２０１０～２０３０年太陽観測衛星• 10年ごと（大学院生2世代ごと）に1機の太陽観測衛星を打ち上げる• Ａ案・Ｂ案をSolar‐C,Ａ案・Ｂ案をSolar C Solar
Solar‐Dと位置付け、選択Dと位置付け 選択は順序の問題である• Ａ案・Ｂ案とも米国・欧州では実施しにくい
Ａ案 Ｂ案とも米国 欧州では実施しにくい– Ａ案：イオンエンジン技術– Ｂ案：高空間分解能大型望遠鏡技術・画像安定化技術– Solar orbter, Solar probe+と言った違う路線をＮＡた違う路線をＳA,ESAが取っており軌道修正できない。
19

Solar‐C
Ａ案衛星案衛星
Solar array panel

Telescopes
Sun sensors

HGA

Star sensors~1.2m

Ion engines
~1 5m
~1.5m
~1.5m

はやぶさのイオンエンジン・惑星間飛行技術を活用~2.0m
Panels act as radiators
radiators.

20

Solar‐C A案
黄道面離脱により太陽を丸ごと観測

201840deg
g2020

Solar Max.

30deg

2025

SOLAR-C
Ecliptic plane-30deg-40degSunEarth21

ダイナモの理解に本質的情報を提供

極域の子午面還流(想像図）

North Pole

Meridional flow speed
20m/s-20m/sSouth Pole

太陽内部の角速度分布-60 deg Latitude 60 deg

2222

Polar vertical fields 2007 Sep. 25(12.8s) Ito+10 1.2kG-1.2kG

2323

HOP81 South polar region
Signed vertical field 2007
2007~20102010 (Ito+10)
2007/0180

2009/01

2010/01

2010/08

70

60

24

Plan A:
日震学による未踏 極域探査
日震学による未踏の極域探査• 衛星設計をドップラー画像観測に最適化
衛星設計をドップラ 画像観測に最適化– NASA Solar Probe, ESA Solar orbiterとの差別化• 対流層全域の極地方の角速度分布マップを対流層全域の極地方の角速度分布マ プを完成させる• 時間変動する子午面還流はどこで沈み込む
時 変動する 午 還流 ど沈むか？
• 極域全体の俯瞰的磁場・コロナ観測
その他の リオスフィア観測はリソ スとの• その他のヘリオスフィア観測はリソースとの関係で少しあとに検討

25

Solar‐C Ｂ案
FFocal‐Planel Pl
Package
P kfor UV‐Vis‐NIR Tel.

UV‐Vis‐NIR
望遠鏡

X線望遠鏡
~6.7 m~3.5 m
Focal Plane
Focal‐Plane
Package

X
X‐ray

S/C
Bus

UV/EUV 撮像分光器

HII‐A
5S Fairing

UV‐Vis‐NIR

UV/EUV「ひので」の可視光望遠鏡、高度安定化バス・姿勢制御技術を最大限活用26

ひので：対流駆動水平磁場の発見

27

宇宙に乱対流があれば磁場が存在。。
Lites+08,Ishikawa+08,Orozco+08ab,Centeno+08,Ishikawa+09, Ishikawa+10abc
直線偏光マップ（連続光マップに重ねて表示）

120000km

250000km

Courtesy of Ishikawa

27

28

水平磁場の時間変化を追う
4000 km

20000 km

Ishikawa+10a

水平磁場
は、ウミヘ
ビのよう？

緑：垂直磁場、黄色：水平磁場28

ひので最大の発見：彩層のダイナミズム(作成 勝川行雄さん）(作成:勝川行雄さん）

29

2006 Dec 17 20:00-21:00 UT CaII H broad band filter images taken with Hinode/SOT

29

B案：Solar-Cによる太陽大気全域の高分解能・分光観測
ひのでは撮像ミッション
100万

遷移層

大注目領域：彩層で何が密 度

温 度

SOT

温度

起きているのか？
・コロナの10倍の加熱により維持されている・「ひので」による多様な動的現象の発見(K)・コロナ加熱の理解には・コロナ加熱の理解には、コロナ光球のインターフェースである彩層・遷移層の理解が本質であるとの認識が急速に台頭。

XRTEIS

光 球

彩Gバンド

CaII H線

層

コロナ

温 度

SOLAR-Ｃによる分光診断の領域
診
密 度

温度最低層
高さ (km)3030

Plan B: 高空間分解能、感度、時間分解能観測• 指導原理：微細構造にある物理が太陽全体とヘリオスフェイアに至る大局的を決める• 彩層の時間変化は早く磁場も弱いため、その彩層の時間変化は早く磁場も弱いため その観測はほとんどされていない• エネルギー源の光球から、散逸場所の彩層・
ネ ギ 源 光球から 散逸場所 彩層
コロナの全域を隙間なく（「ひので」はすきまだらけ）観測する• 磁場と速度場の高分解（空間・時間）能観測
が決定的

31

Solar‐C/Dと宇宙天気 宇宙気候学宇宙天気・宇宙気候学への貢献
貢献• 近代的観測が始まって以来、太陽活動を表す諸量がそろって従来にない値を示している。より長い年月でみれば、このレベルの太陽活動の変動は何度も起きている証拠があり、天文学的には異常な現象でない。
天文学的には異常な現象でない• 太陽のダイナモが少し違った挙動を示すという自然の提供してくれた絶好の機会であり、太陽観測衛星を中心とした観測および研究体制の強化により、基礎的過程の解明を進める必要がある。
• 基礎研究の推進を通じてのみ基礎研究の推進を通じてのみ、１日～数十年の時間スケー
１日～数十年の時間スケ
ルの太陽活動の予報アルゴリズムを構築することができ、国民の安心・安全に貢献できる。

32

太陽分野からのＳＴＥ研への期待• 衛星観測は不十分なリモートセンシング観測– 同時にミッションに適合した理論・シミューレーションの準備を進めて理解に達せる ＳＴＥ研にその中心になってほしいを進めて理解に達せる。ＳＴＥ研にその中心になってほしい– 「ひので」では、外国が「ひので」とシミューレーションの比較で成果を出し日本は大きく遅れた
成果を
本 大 遅

• ＳＴＥ研にSolar‐Cデータセンターを置き、Solar‐Cの一つのＣＯＥとなることを太陽分野では希望– 国立天文台はサイエンスの裏付けのある最先端の搭載機器開発に特化していく• 衛星による研究の成果を受けてＳＴＥ研が太陽活動がの予報アルゴリズムと学際的な地球環境への影響の研究の中心に。
研究の中心に• ＳＴＥ研の太陽風の長期観測はSolar‐Cの目的と整合
33

Ａ案 Ｂ案の決定について
Ａ案・Ｂ案の決定について• 日米欧の太陽物理・関連分野の研究者は、一致し日米欧の太陽物理 関連分野の研究者は、 致してSolar‐C衛星の実現をサポート
現時点 案 案は甲け たく、 ひ」デ• 現時点でA案・Ｂ案は甲乙つけがたく、「ひので」デー
タ解析の深化、ＮＡＳＡ ＳＤＯ‐ＨＭＩ、ＮＡＳＡ ＩＲＩＳのサイエンス結果も吟味する必要がある• 2案について中間報告書を取りまとめつつあり、サイ
エンス、技術的成熟性、国際的分担、コスト、コミュ
ニティの意見分布などをみて、２案にプライオリテー
意見分布などを案 プ
オを付け、2011年度にＪＡＸAにミッション提案を行う予定
3434