太陽研究最前線ツアー
2012.8.27. 名古屋大学

太陽物理学入門横山 央明
東京大学 理学系研究科 地球惑星科学専攻

謝辞：共同研究者のみなさま、国立天文台、JAXA、NASA、ESA、
京都大学飛騨天文台、「ようこう」「ひので」チームのみなさま、、、

質問
太陽は何でできているでしょう？

太陽は何でできている？
フラウンホーファー線

A線
B線
C線
D1線
D2線
D3線
E2線
F線
G線
H線
K線

O2O2Na
Na
He
Fe
HβCa+

759.370 nm
686.719
答え： 質量で、水素が約70%、ヘリHα656.281
ウムが30%、他の元素はごくわず
589.594
か588.997
587.565
宇宙を構成する元素比とほぼ同じ（
527.039
ただし、暗黒物質除く）
486.134Fe
430.790 地球は、酸素30%、鉄30%、ケイ素
Ca+
396.847
15%、マグネシウム15%…
393.368

極端紫外線

X線

可視連続光

電波200万度

科学技術振興機構ウェブサイト

物質の状態
固体： 原子が規則正しく並んでいて、形が定まっている
液体：原子同士の結びつきがやや弱く、形が定まらない
気体：原子同士の結びつきが弱く、ほぼ自由に飛び回っている

プラズマ： 原子内の電子がはぎとられて、電荷をもったイオンと電子とが自由に飛び回っている状態 ⇒太陽

http://p-grp.nucleng.kyoto-u.ac.jp/plasma/太陽
ほぼ水素から成る、高温プラズマの塊
電子が自由に動くので、通電性が非常に高い
特に太陽の外側の部分（「太陽大気」）は、電磁気エネルギーが支配するプラズマの世界

質問
太陽と地球の間の宇宙空間には何があるでしょう？
水星・金星・彗星。それ以外には？

宇宙空間と太陽風

地球周囲の宇宙空間プラズマ

オーロラ（ウェブサイト「オーロラの旅」より）（Polar/UVIにより撮像 NASA ウェブより）

太陽風はどこまで続いているのか？
•どこかで、外（星間空間）の圧力と釣り合う•太陽風の風圧は外に行くほど弱まっていく•釣り合った場所が太陽風の「果て」

探査機Voyager 1号、太陽風の果てへ到達

94天文単位（Science 2005年9月23日号）

問題
この模様は何？ なぜ動くの？

(ようこう軟X線望遠鏡による観測、JAXA/宇宙研提供)

太陽の磁場(ウェブページ YPOPより)

磁力線

NS

太陽黒点

磁場の強さ
黒点で数キロガウス

JAXA提供太陽フレア
太陽大気でおこる爆発現象
あらゆる波長（電波からγ 線まで）の電磁波が、数分から数時間にわたって増光

電波エネルギー1029–1032erg
マグニチュード8の地震のエネルギーの10万倍から1億倍（現在の）太陽系で最大規模の爆発現象

紫外線

Ha

10年間で3000個程度

超高温プラズマ 数千万度から数億度（もとのコロナの数十から数百倍）

軟X線
硬X線
g線

相対論的な（光に近い速度の）高エネル
ギー粒子(Kane, 1974, IAU, p105)

コロナ質量放出現象（CME）
Solar limb

SOHO/LASCO
NASA・ESA提供

1000 km/sec30億トン

太陽フレア・CMEが地球に及ぼす影響

1989年3月13日、太陽フレアに伴って発生した磁気嵐によりカナダのケベック州で大停電が発生。9時間の停電により600万人が影響を受けた

太陽型星でのスーパーフレア（前原ほか 2012）

ガリレオ=ガリレイの太陽観測「太陽黒点にかんする第二書簡」（1612）• ヴェルザー氏との手紙で、太陽黒点について詳述。

Wikipediaより

ガリレオ=ガリレイの太陽観測 「太陽黒点にかんする第二書簡」• 約2カ月にわたる黒点のスケッチが掲載• 太陽が自転していること• 黒点が太陽表面の現象であること• 形が不規則に変化し、その寿命が数日から1カ月ほどであること

国立天文台三鷹の黒点観測望遠鏡
1938年から1998年まで観測（現在は自動化）
基本的な手法は、ガリレイが記述しているのと同じ資料提供 国立天文台

現在の黒点スケッチ
東西反転に注意

資料提供 国立天文台

黒点数(NASA提供）

「ひので」衛星搭載 3観測機器
Solar Optical Telescope (SOT)ベクトル磁場の高精度高分解能観測

EUV Imaging
Spectrometer (EIS)
コロナ・遷移層の温度・密度・速度診断

X-Ray Telescope (XRT)
コロナの高空間分解X線画像

24時間連続観測（1年のうち約8ヶ月間、太陽同期極軌道）

SOHO（ESA提供）
ひので衛星（ＪＡＸＡ
NAOJ提供）理論の望遠鏡
スーパーコンピュータ

太陽の磁場生成のシミュレーション

Miesch、Brunほか

太陽内部のコンピュータシミュレーション
堀田・横山

まとめ
太陽はプラズマの塊
磁場とプラズマとが織りなすダイナミックな天体
大爆発フレア！
謎の黒点11年周期

東京大学 理学系研究科
地球惑星科学専攻
横山研の紹介太陽物理学者になるには？
「太陽物理学を学べる大学」
学部– 東京大学、京都大学、名古屋大学？、…
– 天文学科、宇宙物理学科、物理学科、地球惑星物理学科

大学院修士課程、大学院博士課程– 同上、総合研究大学院大学（国立天文台、宇宙研）、…

ポスドク（博士研究員） ある意味下積み
そしてめでたく常勤職 （助教、准教授、教授）

自己紹介横山 央明 （よこやま たかあき）
1992年3月 京都大学 工学部 航空工学科卒業（学部・修士）
1995年3月 総合研究大学院大学 （国立天文台三鷹）で学位取得
1995年4月から1998年3月 国立天文台三鷹でポスドク
1998年4月 国立天文台野辺山助手
2003年4月より 東京大学 地球惑星科学専攻助教授・准教授

東京大学で太陽研究するには天文学専攻
柴橋教授 本郷が本拠。おもに日震学・星震学
常田教授・原准教授 国立天文台が本拠地
地球惑星科学専攻
横山研。このあと詳細に説明
物理学専攻
牧島教授 本郷。X線天文学が主体。一部太陽フレアの研究も最近のテーマ
太陽表面磁場変動のひので衛星観測
太陽コロナを伝わる磁気流体波動の観測
太陽活動周期ダイナモのシミュレーション
太陽磁場浮上現象のシミュレーション
太陽コロナジェットの観測とシミュレーション
太陽磁場と熱対流との相互作用のシミュレーション
乱流磁気リコネクションのシミュレーション

太陽爆発現象のシミュレーション
相対論的磁気リコネクション
太陽フレア粒子加速の観測•表面磁気活動（飯田佑輔）

横山研での研究•表面熱対流運動 （堀田英之）

•コロナ波動の検出とコロナ加熱（北川直優）•磁束浮上現象（鳥海森）•コロナジェット（松井悠起）

ある大学院生の1日
朝11時ごろ大学へ
12時ごろ仲間を誘って昼食
13時ごろから研究
15時から横山と2時間議論（教員との議論は週1回）
17時からもうひとがんばり研究
19時ごろ夕食
21時まで研究、下宿に帰って寝る
議論の時間が、日によって研究室セミナーや自主ゼミに入れ替わる。たまに学会発表や、衛星運用

これから取り組みたいテーマ
太陽爆発現象のシミュレーション
太陽フレア粒子加速のシミュレーション
恒星・原始星フレアのシミュレーション
相対論的磁気リコネクション
宇宙線効果の入った磁気流体現象のシミュレーション
銀河ダイナモへの応用をめざして太陽研究に興味ある方、意欲ある若者を求めています。

終