国立天文台での太陽研究
勝川 行雄

国立天文台 太陽観測科学プロジェクト
東京大学・理学系研究科天文学専攻
総研大・物理科学研究科天文科学専攻天文科学専攻->先端学術院天文科学コース
最前線ツアー

1

自己紹介
nn

国立天文台・太陽観測科学プロジェクトで仕事をしています
衛星観測や地上観測データを使って磁場を起源とする太陽活動現象の研究をしています

人工衛星「ひので」に加え海外のIRISやSDO衛星
n 地上望遠鏡による観測
nnn

新しい装置の開発も重要なテーマ
岐阜県恵那市の出身です
最前線ツアー2©NASA/JPL
3

太陽の表面

地球

表面
6000度
黒点
4000度

国立天文台
フレア望遠鏡で観測©NAOJ

5太陽の表面の磁場

国立天文台
フレア望遠鏡で観測©NAOJ

6

地球もおおきな磁石
北S
N極

でも、磁石の力は太陽黒点の1/5000
S極
ほういじしん

方位磁針

N
南

7

8

太陽のコロナ

ひのでX線望遠鏡©NAOJ/JAXA
/MSU
9

ばくはつ

太陽の巨大な爆発フレア10太陽の巨大な爆発フレア©NAOJ/JAXA

11

©SDO/NASA12活発なとき (2014年)

静かなとき (2019年)

14詳しい観測ができる唯一の星nn

空間分解できること！！
太陽の周囲には数100万度という高温のプラズマ‒ 電子と陽子が完全に電離した状態

nnn

爆発現象（フレア）によって、超高温(>1000万度)のプラズマができる
天体磁場の起源と変動 (ダイナモ)

地球や惑星環境への影響「宇宙天気」「ひので」衛星による太陽黒点の「顕微鏡」観測(©NAOJ/JAXA)

大学入学共通テスト2023
地学基礎最前線ツアー

16

プラズマ現象を理解するために
Magneto-Hydro Dynamics (電磁流体⼒学)nContinuity eq. (mass conservation)!"+"#!#nnn$% = 0Eq. of motion (momentum conservation)(%$= −"+ + ,×. + /(),×.: Lorentz force、 /: other forces (e.g. gravity)
Maxwell equations.

1 34"×. = 0, + $2 3)"#.=03.
"×4 = −3)$%"#4=517

プラズマ現象を理解するために
nn

Lorentz force

1,×. = ("×.)×.
0Vector formula1∇ .#. − .#∇ .
2
1:$,×. = . # ∇ . − ∇020.× ∇×. =n

Eq. of motion"#+!
1!
= −'() + ) + 0 1 ∇ 0 + 3"$2-−"+&<̂>=
B

Magnetic pressure

Magnetic tension

B18

Plasma β
Ratio of gas and magnetic pressures
High ?

#!
!=#"Low ?

High ?

Low ?

19

プラズマ現象を理解するために
nnnn

Electric and magnetic fields in the frame moving in the velocity %(Galilean transformation)
4' = 4 + %×@.' = @,' = ,+$% % = ,Ohmʼs law,' = σ4' = σ(4 + %×@)Electric field
1
1
4 = −%×@ + , = −%×@ +∇×@σσµ
Maxwell eq.
3.
= −"×4 = "× %×@ − "×(C∇×@)
3)
3.
= "× %×@ + C∆.
3)
C = 1/σµ (m2 s-1)
最前線ツアー20磁場の凍結nnnnn

Vector formula ∇× F×G = −G ∇ # F + G # ∇ F + F ∇ # G − F # ∇ G"#.=03.
= .#∇ %−. ∇#% − %#∇ .
3)
3.
(.
+ %#∇ .== .#∇ %−. ∇#%3)()
Continuity eq.
3$+ " # $% = 03)
1 ($' = HI + % HI H) − %(0)Ht"#%=−HI$ ()=HI + (HI # K)%
Induction eq.
(.
. ($= .#∇ %+HI + %(HI)Ht
()
$ ()
( .
.
HI′HI
=
#∇ %
() $$%(0)Ht(Magnetic field line HI ∥"(HI= HI # ∇ %()

21

白斑
明るさ

6500K
対流が起きづらい-> 温度が下がる

5000K

黒点
磁場の強さ

黒点
大気が透明になる->
明るく見える白斑22

ゼーマン効果
国立天文台岡山

最前線ツアー23ゼーマン効果n電子の角運動量(磁気モーメント)と磁場の相互作用でエネルギー準位が分離する

L=1

L=1DlB » 4.67 ´10 l0 gB-132

B: 磁場強度(ガウス)
ΔλB,, λ0 : Å
g=2.5g: ランデ因子

L=0

L=0
B=0

最前線ツアー

M=+1
M=0
M=-1

B¹024

太陽表面の磁場をリモートセンシング
鉄の吸収線 (波長 630 nm)
明るさ

直線偏光

円偏光
「ゼーマン効果」で発生する偏光（ストークスベクトル)を測定

半暗部偏光を解析することで、磁場の向き・強さが分かる。

暗部

空間分解しないと偏光はキャンセルしてしまう

QUV

黒点の磁場「ベクトル」
N極S極©NAOJ/JAXA
27

太陽から地球にやってくるものn光‒ 秒速約30万km‒ 地球に到達するのに約8分n粒子 (太陽風)‒ 太陽から吹き出す高エネルギーの高い粒子 (電子、陽子など,放射線)‒ 秒速 300 - 800km (1000km を越えることもある)‒ 地球に到達するのに約1-3.5日かかる

nニュートリノ‒ (ほとんど)光の速さ 約30万km/s‒ 地球に到達するのに約8分
28太陽研究の新たな展開
nn

次の極⼤期は新しい太陽研究を展開できるチャンス

SolarOrbiter(ESA/NASA, 2020-)

0.28AUまで接近

PSP(NASA, 2018-)

10Rsまで接近

研究⼿法– 「リモートセンシング」観測
光 (電波-可視-Xなど全波⻑)– 「その場」観測
磁場・⾼エネルギー粒⼦・ダスト“マルチメッセンジャー”n

宇宙と地上から観測

HINODE©NASA

SOLAR-C (EUVST) (2027-)

高解像度紫外線分光
日本の次期衛星計画

フレア望遠鏡 (NAOJ)

DKIST (US, 2020-)

口径4mの大型望遠鏡29

地上超大型太陽望遠鏡（DKIST）(アメリカの望遠鏡)(C) NSO/NSF/AURA(C) NSO/NSF/AURA

2022年から口径4mの地上望遠鏡が本格的に観測開始•••

これまでは最大でも1.6 m
高解像度、高感度により、太陽彩層・コロナ磁場の観測
SOLAR-C衛星との連携観測に期待•

プロポーザル制: 日本からの提案も受理されている最前線ツアー30

国立天文台における太陽研究
太陽観測科学プロジェクト
ひので衛星

SOLAR-Cプロジェクト

地上観測

ALMAプロジェクト

ロケット、気球観測

最前線ツアー31Radio Flux (SFU)300

国立天文台における太陽観測
200
100

Sunspot Number

0
250
200

黒点相対数 (1929-)

150
100
500
1920

1940

1960

1980

2000

2020

Year

太陽磁気活動の長期変動を知る貴重なデータ
白色光(1918-)

1918

1940

1991

2020

1917

1950

1970

2022

黒点スケッチ(1938-1998)
Ca II K線
(1917-1974)(2015-)
Hα線

最前線ツアー32

国立天文台での太陽観測: 磁場観測

太陽フレア望遠鏡@三鷹

Hα線

連続光

光球磁場(Si I線)

彩層磁場 (He I線)

最前線ツアー33

「ひので」衛星n

スペースからの太陽観測‒ 地上からは見えない波長 (X線、紫外線)でコロナを観測‒ 大気に邪魔されず精度のよい観測ができる‒ 24時間連続観測、太陽の常時監視n

EUV Imaging Spectrometer(EIS)

Solar Optical
Telescope(SOT)

可視光望遠鏡 (SOT)‒ 口径50cmの回折限界性能を持つ世界最大、最高性能の太陽観測用宇宙望遠鏡

太陽全面X線画像

X-Ray Telescope(XRT)

極端紫外線輝線の分光観測
最前線ツアー34

宇宙望遠鏡の開発
⼲渉計による⾼精度波⾯測定
180度反転させて重⼒キャンセル

熱光学試験
宇宙を模擬した真空
熱環境で光学測定
汚染管理

微⼩擾乱試験
可動物による像ぶれの影響評価(@ISAS/JAXA)

18.2 nm(RMS)
ドア展開試験

太陽光試験

振動試験(@ISAS/JAXA)(2005年NAOJ先端技術センタークリーンルームにて)

35

打ち上げ・ファーストライトnn

2006年9月23日: ISAS M-Vロケット
で打ち上げ
2006年10月25日: ファーストライト

JAXA宇宙科学研究所にて最前線ツアー36誰も見たことがない観測データ！！
⿊点半暗部で発⽣するジェット現象
プロミネンスを伝わる波 (Alfven波)

でも、この「磁場」が直接測定できたわけではない
磁気張⼒を復元⼒とする波磁気リコネクション

最前線ツアー37将来の宇宙ミッションへつなげるためにひので (SOLAR-B)
2006-

SOLAR-C (2028-)
ようこう (SOLAR-A)
1991-

⼩規模⾶翔体機器による実験
ロケット観測気球観測©ISAS/JAXA©NASA/MSFCXUV Doppler Telescope(ロケット, 1998)

HXR spectrum(気球, 2002)©MPS

ノウハウの継承
新しい技術の獲得
⼈材育成 (研究者と技術者) 38

ロケット実験・気球実験
SUNRISE-3気球実験

CLASPロケット実験(2022, 2024[予定])(2015/2019/2021)

紫外-可視⾚外偏光分光

紫外線偏光

FOXSIロケット実験(2018/2024[予定])

X線撮像分光⽶国(NASA)と共同

⾼度250 kｍ
5分間観測©NASA/MSFC©MPS

⽶(NASA, APL)、
ドイツ、スペインと共同©MPS

スウェーデンからカナダまで©google⾼度37km、5⽇間観測
予算: 科研費 と ISAS/JAXA⼩規模計画
39

CLASP, SUNRISE-3の開発
光学素⼦の接着

光学・構造 Polarization modulator
Slit imager
Spectrograph

Camera for
850 nmCamera for
770 nmInside of the SCIP optical unit

紫外線望遠鏡開発

光学アライメント
40

開発は協力・連携抜きではできない

CLASP2FOXSI-3

SUNRISE-3気球(国内)

SUNRISE-3気球 (全体)41

国立天文台の太陽研究者(2023年4月現在)
n 「太陽観測科学プロジェクト」「SOLAR-Cプロジェクト」「ALMAプロジェクト」‒ 教授: 原, 関井, 勝川‒ 准教授: 石川, 下条, 花岡‒ 助教: 岡本, 川畑, 久保, 成影‒ 国立天文台フェロー: Benomar‒ 研究員: 大場‒ 学振研究員: 鄭, 行方‒ 大学院生: 5名 (総研大 3, 東大 2)

最前線ツアー人材豊
富です42

多様なニーズに応えます！！
n

いろんなデータを使った研究をやりたい– 地上〜衛星 、電波〜X線、⾃前〜海外の望遠鏡をつかった観測n

⼈⼯衛星を運⽤してみたい– ひのでの運⽤だけでなく、IRIS(NASAの衛星)を運⽤している⼈もいます

nnn

⾃分で観測装置を作ってみたい
⼤きなプロジェクトで仕事がしたい– Solar-C衛星– ロケット・気球実験
太陽以外の天⽂宇宙研究にも興味がある
最前線ツアー43東京大学大学院・天文学専攻

n

講義は大学(本郷)で‒ 総研大講義も履修可能

nnn

研究は、各指導教員のいる拠点で天文学の幅広い講義を受講できる
R6年度入試ガイダンス: 2023年6月3日(土)予定
詳しくはhttp://www.astron.s.u-tokyo.ac.jp/admission/graduate/
最前線ツアー44

天文学専攻教員
電波観測

理論・数値シミュレーション

衛星、重力波光赤外観測

注: R5年度入学案内からR6年度は変更される可能性
希望は教員&グループで最前線ツアー

45

研究生活
n

各プロジェクトで居室/机が割り当てられます‒ 多くが三鷹に在籍、ブランチに籍を置く方もいますn

研究指導やゼミなどはプロジェクト/研究室ごと‒ 国立天文台には多くの研究者(教員/ポスドク)がいます‒ 東大兼任教員以外の国立天文台のスタッフが指導に参加してもらうことも‒ 総研大の大学院生も一緒にゼミをやっている (総研大講義も受講可能)

n

他分野の研究の話を聞いたいり、学生通しの横のつながりを持つのも大事‒ 東大大学院生の発表会
n

2022年度は2日間x2回開催: 8月 (M2/D3発表)、3月 (M1/D1/D2発表)‒ 天文学教育研究センターの大学院生コロキウム(週1)への参加

経済的支援nn

学術振興会研究員 (DC1, DC2)
卓越大学院制度:‒ 宇宙地球フロンティア国際卓越大学院プログラム（IGPEES）‒ 変革を駆動する先端物理・数学プログラム（FoPM）‒ 修士1年の4月 or 10月から卓越RAとして17-18万円/月支給‒ プログラムの講義やセミナーへ参加

nSPRING GX (グリーントランスフォーメーション(GX)を先導する高度人材育成)‒ 博士課程学生への支援

n

TA & RA 制度n

詳しくは https://www.astron.s.u-tokyo.ac.jp/about/supports/
最前線ツアー47

学部生向けの体験企画
nn

総研大では学部生(主に2-3年生)を対象に最先端の天文学研究に触れられる企画をおこなっています。
総研大スプリングスクール‒ 国立天文台の研究者による天文学の基礎の集中講義を行う‒ 2-3月に1週間

n総研大サマーステューデント

‒ 国立天文台に滞在し、研究者の指導で、実際の研究を行う‒ 8月に2-4週間、最後に発表会‒ 面白い成果がでたときに、天文学会で発表してもらったこともあります最前線ツアー

48

Radio Flux (SFU)

400
300
200

太陽活動は人生にも影響を与える！！

100

Sunspot Number

0250

中学生
大学院
入学

200
150

現在

「ひので」
打上げ

「ようこう」
打上げ

誕生

100

博士取得

50
0
1920

1940

1960

1980

2000

2020

Year

新しい太陽研究に⼀緒に挑戦してみませんか︖

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