宇宙天気ミニ講座 -太陽風編情報通信研究機構
電磁波研究所電磁波伝搬研究センター
宇宙環境研究室
塩田 大幸

2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

宇宙天気と太陽

宇宙天気じょう乱の起源

2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

2このミニ講座の内容• 太陽コロナと太陽風・惑星間空間磁場• 太陽の磁場と太陽風の変動• 太陽風とコロナ質量放出（CME）• 太陽高エネルギー粒子（SEP）

2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

3

太陽コロナ（極端紫外線:波長19.3nm）
100万度超の高温ガス。
プラズマという電離した状態。
黒点付近の上空で、黒点同士をつなぐような筋状の明るい構造が見える。

ガスが極端に少ない領域
コロナホールが見える。

約70万km

2024年2月29日

SDO衛星AIA観測装置
https://sdo.gsfc.nasa.gov/
宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

太陽の断面4

コロナホールと太陽風

ひのでX線（コロナ）画像

コロナの磁力線 の様子• コロナホールでは、コロナガスが高速で流出する様子が観測される。
この常に太陽から流出するガスの流れを「太陽風」という。
• コロナホールは磁力線が太陽の外の空間につながる（黄色）領域。
2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-(Sakao+2007)5

コロナグラフで見た太陽風

SOHO探査機 LASCO 観測装置：遮蔽版で太陽を隠した人工の日食観測。
明るさ：コロナガス（プラズマ）の密度。白丸：太陽の位置
2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

6

惑星間空間シンチレーション(IPS)観測• 名古屋大学宇宙地球環境研究所
https://stsw1.isee.nagoya-u.ac.jp/• 遠くの電波天体からの電波の経路を横切る太陽風によって、電波シグナ
ルが乱される（またたく）様子からその太陽風の状態を観測。
• 太陽が自転する1周分の観測をまとめて太陽風の緯度経度分布を得る。
V[km/s]

2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

7

太陽風と惑星間磁場
太陽風の流れと磁力線• 太陽風が流出した領域は太陽の自転によって西に移動。
• 同じ領域から流出した太陽風は同じ磁力線で繋がっている。
• 太陽から太陽風につながる磁力線は渦状の形状をなす。これをパーカースパイラルという。
• 太陽表面正極（N極）につながる磁力線： away 極性• 太陽表面負極（S極）につながる磁力線： toward 極性

2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

8太陽風の”その場 (in situ)”定点観測
太陽

地球

1億5千万km

距離
地球の前方150万kmのラグランジュ点にいる探査機DSCOVRによるin situ 観測

磁場
南北成分

towardaway

磁場
方位角
速度
密度
温度

2024年2月22日 から1週間
2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

https://swc.nict.go.jp/trend/solarwind.html
9太陽コロナと太陽風速度•••••••

Ulysses探査機でその場観測された
太陽風の緯度分布（原点からの距離が太陽風速度、色が磁場の極性）
背景：コロナ画像
1995前後：太陽活動極小期
極域に大きなコロナホール。
ここから高速太陽風が流出。
コロナホールの大きさよりも高速風が流れる領域が広がっている。
低速風領域については不明瞭。
太陽風の加速メカニズムは未解明。

1995/07

1998/04

1995/03

1992/02

1994/09

Cranmer & van Ballegooijen 2005
2024年2月29日

https://solarscience.msfc.nasa.gov/people/
suess/SolarProbe/Page3.htm

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

10太陽の磁場の長期変動

http://solarscience.msfc.nasa.gov/movies/HathawayMovie.avi

黄：正極（N極） 青：負極（S極）
2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

11太陽の磁場の長期変動
磁場IPS観測
太陽風速度

Ｘ線

電波
可視光線

Hα線
2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-https://www.isee.nagoya-u.ac.jp/pstep/
12高速太陽風の到来とコロナホール• 大きなコロナホールが低緯度帯に存在するとき、地球に高速太陽風が到来する可能性が生じる。
2021/03/14-25
磁場南北成分
磁場
方位角
密度
速度
温度

15
2024年2月29日

17192123

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編https://sdo.gsfc.nasa.gov/

https://www.swpc.noaa.gov/products/real-time-solar-wind25
13

共回転相互作用領域 CIR(co-rotational interaction region)

磁場
磁場の乱れ
速度

密度
温度

time
低速太陽風の後ろから高速太陽風が流れてくると、境界領域で圧縮等の相互作用の結果、特徴的な構造が形成される。この構造を共回転相互作用領域（CIR）という。CIRは磁気圏の乱れの要因の一つ。
2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

14回帰性高速太陽風による予測

2017/9/23

2017/10/20

2017/11/16

2017/12/13

速度低緯度コロナホールが長期間存在し続けると約27日毎に高速風が到来。
前周期の太陽風観測に基づいて高速風の予測ができる
2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編https://sdo.gsfc.nasa.gov/

https://www.swpc.noaa.gov/products/real-time-solar-wind15

このミニ講座の内容• 太陽コロナと太陽風・惑星間空間磁場• 太陽の磁場と太陽風の変動• 太陽風とコロナ質量放出（CME）• 太陽高エネルギー粒子（SEP）

2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

162017年9月10日のXクラスフレアとCME

大規模な太陽フレアにともなって、コロナガス(プラズマ)が太陽の外へ放出されるとき、これをコロナ質量放出(coronal mass ejection: CME)という。太陽フレアとCMEをまとめて「太陽嵐」と呼ぶ。
NOAA/GOES（極端紫外線:波長19.5nm, Seaton & Darnel 2018）2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

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コロナグラフで見た太陽風とCME

SOHO探査機 LASCO 観測装置：遮蔽版で太陽を隠した人工の日食観測。
明るさ：コロナガス（プラズマ）の密度。白丸：太陽の位置
2024年2月29日

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ハローCME2003年10月28日に発生したX20フレアおよびCME

太陽•••

ハローCME：全方向に広がっていく様子が観測されるCME
コロナグラフは太陽の前後にあるガスが同じように見える。
対応するフレア（コロナの擾乱）がある場合は地球に向かう方向に放出されたCMEであり、フレアがない場合は地球とは逆方向に放出されたCME
2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

フレア

地球19

CMEと内部の磁場構造(Zurbuchen & Richardson 2006)

SOHO/LASCO コロナグラフ
CME中央にねじれたらせん状の構造が見られる
2024年2月29日

CMEの正体は太陽コロナから放出されたねじれた磁気ロープ
惑星間空間を流れる太陽風の中を相互作用をしながら伝搬

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

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地球に到来するCME
地磁気の乱れ地磁気の乱れIn situ 観測
速度
温度

ねじれた磁気ロープ

ガス/磁気圧(Zurbuchen & Richardson 2006)

ねじれた磁気ロープが太陽風の中を高速で移動→ 太陽風ガスを押し集めて一体となって到来→ 背景の太陽風とCMEの間に衝撃波

ねじれた磁気ロープが地球を通過→ 通過中に磁場の向きがゆっくり変化
南向きの磁場を持つとき → 磁気圏の乱れ
2024年2月29日

磁場x
磁場y
磁場z

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衝撃波

21

Liu + 2011

2024年2月29日

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太陽高エネルギー粒子(SEP)
太陽高エネルギー粒子：

主成分はプロトン(陽子＝水素原子核)と電子。
コロナプラズマの一部が、非常に高いエネルギーに加速されたもの。

GOES衛星による高エネルギープロトン観測

静止軌道の高エネルギープロトン、GOES衛星によって監視されている。
あるエネルギー帯(10 MeV以上) のプロトンの量(赤いグラフ)が、破線のレベル (10個 cm-2 s-1 sr-1 )より高くなった時、プロトン現象発生としている。
太陽放射線と呼ぶこともある。
高エネルギープロトンの増加 ⇒2024年2月29日

1000

100
10

宇宙飛行士被ばく
短波通信途絶衛星誤作動

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http://www.swpc.noaa.gov/

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惑星間磁場・CME・SEP• 太陽フレア・CMEに伴いSEPが発生• CMEの前面に発生する衝撃波はSEPの加速領域の一つ。
• CMEから漏れ出てきたSEPが惑星間空間磁場にそって伝搬し、先に地球に到来。
• 惑星間空間磁場はパーカースパイラル構造をもつ。地球に対して西側でCMEが発生した時に、SEPが到来しやすくなる

西側

地球太陽Lee (2005)
2024年2月29日

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24

地球で観測した太陽フレア/CMEとSEPGOES衛星太陽X線観測(太陽フレア)

GOES衛星高エネルギー
プロトン観測(SEP)

2024年2月29日

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地球で観測した太陽フレア/CMEとSEPGOES衛星高エネルギー
プロトン観測(SEP)

探査機ACE
太陽風速度

2024年2月29日

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2023年11月28日のM9.8フレアと連続して到来したCME
M9.8フレア発生

高速太陽風 (衝撃波)が地球に到来https://sdo.gsfc.nasa.gov/

太陽から放射状に広がるハローCME•••
2024年2月29日

11/28のM9.8フレア発生後、12/1-3にそのCMEと思われる衝撃波の到来による磁気圏の乱れが発生。
SEPは全く上昇しなかった。
直前に発生していた先行CMEと一体となって到来？。
磁気圏への影響の詳細は次の「ミニ講座 磁気圏編」へ
宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

27まとめ• 太陽風は惑星間空間に磁力線がつながる領域（コロナホール）から流れる。惑星間空間磁場はパーカースパイラルという渦状の構造を形成する。

• 黒点が浮上・拡散することで太陽の大局的な磁場が時間とともに変化。太陽全体の磁場構造と同時に太陽風の分布も変化する。大きなコロナホールが低緯度帯に拡がるとき、地球に高速太陽風が到来する。高速太陽風前面の低速太陽風との境界には共回転相互作用領域（CIR）が形成される。
• 太陽フレア等に伴いコロナプラズマが放出されるCMEが発生する。
CMEは惑星間空間の太陽風の中を相互作用をしながら伝搬する。

• 太陽フレア・CMEに伴い太陽高エネルギー粒子(SEP)が増加する現象はプロトンイベントとも呼ばれる。SEPは惑星間空間磁場に沿って伝搬するため、地球から見て太陽の西側で現象が発生するとSEPが到来しやすく高くなる傾向がある。
• 太陽から地球に到来するCIRやCMEやSEPは、地球の周りの宇宙天気を乱す原因になる。
2024年2月29日

宇宙天気ミニ講座 -太陽風編-

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