宇宙天気ミニ講座 -太陽編情報通信研究機構 電磁波研究所
宇宙環境研究室
塩田 大幸

2019年11月11日

宇宙天気ミニ講座

太陽編

第14回宇宙天気ユーザーフォーラム
＠日本科学未来館

宇宙天気と太陽

宇宙天気じょう乱の源は太陽

2019年11月11日

宇宙天気ミニ講座

太陽編

2このミニ講座の内容• 太陽の観測と太陽の大気の構造• 太陽の黒点と磁場• 太陽の磁場と太陽風• 太陽嵐– 太陽フレア– コロナガス放出（CME）– 太陽高エネルギー粒子（太陽宇宙線）

2019年11月11日

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太陽編

3

太陽の表面

2019年11月11日

提供：岡本丈典 (国立天文台)

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太陽編

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太陽の表面の上空

2019年11月11日

宇宙天気ミニ講座

提供： 勝川行雄(国立天文台)

太陽編

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様々な波長の電磁波（光）で見る太陽光球
白色光

特定の波長の電磁波だ
けを通すフィルターで太陽を観測すると、、、太陽大気の中の高さや彩層 性質が異なる層を見る
電波ことができる。
国立天文台

紫外線
2019年11月11日

彩層・遷移層
NASA

コロナ
Ｘ線

ISAS/JAXA

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太陽編

太陽の断面
6

光球（白色光）
私たちが普段見る太陽電磁波で見ることができる最も内側の大気表面の対流運動の様子や黒点が見える
温度は約6,000度

約70万kmhttps://sdo.gsfc.nasa.gov/
2019年11月11日

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太陽編

太陽の断面
7

光球磁場（偏光観測）

磁場の強さと向きがわかる
白：N極（太陽の内部から外に向かう方向の磁場）
黒：S極（太陽の外から内部に向かう方向の磁場）
黒点は非常に強い磁場を持つ。
黒点以外にも磁場が存在する。

約70万kmhttps://sdo.gsfc.nasa.gov/
2019年11月11日

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太陽編

太陽の断面
8

光球上部・彩層（紫外線:波長160nm）
黒点の外側の磁場が強い領域が明るく見える。

活動度が高い領域では、小さな発光現象が発生する。
温度は 5,000 ~ 10,000度約70万km

https://sdo.gsfc.nasa.gov/
2019年11月11日

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太陽編

太陽の断面
9

彩層・遷移層（極端紫外線:波長30.4nm）
コロナの中に雲のように浮いている濃いガスの塊フィラメント（プロミネンス）が良く見える。

温度は約5万度
太陽フレアなどに伴ってフィラメントが放出されることがある。

約70万kmhttps://sdo.gsfc.nasa.gov/
2019年11月11日

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太陽編

太陽の断面
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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kmhttps://sdo.gsfc.nasa.gov/
2019年11月11日

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太陽編

太陽の断面11太陽コロナガスと磁場

TRACE衛星で観測したコロナループ
http://www.lmsal.com/TRACE/POD/NAS2002v2.html

太陽の磁力線に沿って電離したガスが閉じ込められている
2019年11月11日

宇宙天気ミニ講座 太陽編

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太陽の黒点・磁場は常に変化する
太陽の自転で移動

国立天文台• 黒点群が自転によって左の端から右の端に移動する2週間の期間の黒点と磁場の変化• 白：N極、黒：S極• 黒点が現れる様子が見える。
2019年11月11日

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太陽編

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黒点の出現数は約11年で増減
黒点の極性は周期ごとに入れ替わる
太陽表面の磁場分布の変化（30年分）
1920

21

奇数サイクルSN

NS

2019年11月11日

222324偶数サイクルN
S

SN
宇宙天気ミニ講座

黄色：N極 青色：S極
http://solarscience.msfc.nasa.gov/
movies/HathawayMovie.avi
太陽編

14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• コロナホールは磁力線が太陽の外の空間につながる（黄色）領域。
• 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。
2019年11月11日

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太陽編(Sakao+2007)

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太陽風

約2千万kmNASA/ESA SOHO/LASCO コロナグラフ(人工的な日食)
明るさはガスの密度に比例。白丸の位置が太陽。
2019年11月11日

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太陽編

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太陽風のシミュレーション

球：惑星
水色：水星
橙：金星
青：地球
赤：火星
緑：木星
背景の色：
ガスの速度
約2億7千万km

黄色で囲った領域：秒速500kmより速い速度でガスが流れる領域
2019年11月11日

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太陽編(Shiota+ 2014)17

1億5千万km

太陽風の定点観測
地球

太陽距離

2018年8月23日から1週間
磁場
南北成分
磁場
方位角
密度

速度

温度

地球の前方150万kmの宇宙空間で計測された太陽風の変動
2019年11月11日

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太陽編

http://www.swpc.noaa.gov/ 18

太陽黒点と太陽面爆発（太陽フレア）
ひので衛星が観測した彩層の様子

国立天文台

磁力線のひずみがたまった領域で爆発現象「太陽フレア」が発生する。
2019年11月11日

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太陽編

192017年9月10日の太陽フレア

NASA/SDO（極端紫外線:波長19.3nm）
2019年11月11日

宇宙天気ミニ講座

太陽編

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太陽フレア
X線、紫外線から電波までの広い波長域の電磁波の増光現象

GOES衛星による太陽Ｘ線強度観測

太陽フレアの規模は、GOES衛星のＸ線（赤・黄のグラフ）のピーク X値で決められる。
M
規模 X線強度[W/m2]

フレア予報

Xf ≧10-4

非常に活発M

10-5≦ f ＜10-4

活発C

10-6≦ f ＜10-5

やや活発

B

10-7≦ f ＜10-6

静穏A

10-8≦ f ＜10-7

静穏

CBA

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

X線・紫外線の増光 ⇒2019年11月11日

電離圏じょう乱（デリンジャー現象）
宇宙天気ミニ講座

太陽編

212017年9月10日のXクラスフレア

大規模な太陽フレアにともなって、コロナガスが太陽の外へ放出されるとき、これをコロナガス放出(CME)という。
太陽フレアとコロナガス放出をまとめて「太陽嵐」と呼ぶ。
NOAA/GOES（極端紫外線:波長19.5nm, Seaton & Darnel 2018）2019年11月11日

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太陽編

22

コロナガス放出
泡のように見える構造：
放出されたコロナガス強い磁場とともに放出。
太陽風の流れる速度に比べて放出されたガスの速度が速いとき、太陽風のガスを押して圧縮しながら、外に向かって伝搬する。

ガスの塊が磁場とともに地球に到来すると、太陽風の速度・密度・磁場が急劇に変化。
NASA/ESA SOHO/LASCO コロナグラフ(人工的な日食)
明るさはガスの密度に比例。白丸の位置が太陽。
2019年11月11日

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太陽編→ 磁気圏じょう乱
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コロナガス放出と太陽高エネルギー粒子
SoHO (NASA/ESA)
緑：極端紫外線（波長：19.5nm）
赤：コロナグラフ (SOHO/LASCO C2)
青：コロナグラフ (SOHO/LASCO C3)
2003/10/28に発生したHalloweenstormの太陽嵐

泡のように見える構造：
放出されたコロナガス
地球に向かってきているため、全方向に広がって見える
画面に現れる粒：
太陽高エネルギー粒子（放射線）によってCCDカメラに生じたノイズ

2019年11月11日

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太陽編

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太陽高エネルギー粒子(太陽宇宙線)
太陽高エネルギー粒子：

主成分はプロトン(陽子)と電子。
コロナガス粒子（電離した水素原子核＝プロトン（陽子）と電子）の一部が、非常に高いエネルギーまで加速されたもの。

GOES衛星による高エネルギープロトン強度観測

1000

100
10

静止軌道における高エネルギープロトンの強度が、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、プロトン現象発生情報を発信している。
高エネルギープロトンの増加 ⇒2019年11月11日

宇宙飛行士被ばく
短波通信途絶衛星誤作動
電離圏じょう乱宇宙天気ミニ講座

太陽編

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

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2017年9月1日ー9月13日の宇宙天気
GOES衛星太陽Ｘ線強度観測
太陽から約500秒で到来
GOES衛星プロトン強度観測

太陽フレア発生から 早いもので30分〜数時間後に高エネルギープロトンが地球に到来
太陽フレア発生から 1〜数日後にコロナガス放出の影響が地球に到来
ガスの速度が上昇

地球前方で観測された太陽風の速度
地上で観測された
地磁気じょう乱指数Dst（低いほど荒れた状態）
2019年11月11日

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太陽編

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まとめ
• 太陽からは以下の3種類の現象が異なる速度で地球に到来する。
– 電磁波– 高エネルギー粒子（太陽宇宙線）– 電気を帯びたガス（太陽風とコロナガス放出）• それぞれが異なる過程で宇宙天気じょう乱を引き起こし、社会に影響を及ぼす。

磁気圏編へつづく

2019年11月11日

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太陽編

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