平成 29 年度共同利用研究・研究成果報告書
研究課題名

和文：宇宙線による太陽の影を用いた太陽周辺磁場の時間変動の研究
英文：A study on variation of interplanetary magnetic field with the cosmic-ray shadow by the sun.

研究代表者

国立情報学研究所

准教授

西澤 正己

参加研究者

甲南大学

名誉教授

山本 嘉昭

甲南大学

理工学部教授

梶野 文義

信州大学

理学部教授

宗像 一起

日本大学

生産工学部

横浜国立大学

工学部

准教授

塩見 昌司

研究員

佐古 崇志

東京大学

宇宙線研究所

准教授

瀧田 正人

東京大学

宇宙線研究所

研究員

川田 和正

研究成果概要1991年から実験を始めたが、サイクル２２の最盛期の後半（1991～1993年）のデータから、“太陽の影”が見かけの位置から太陽半径の３倍近く西南西にずれていた。その位置も年毎にかなり動いた。最静穏期（1996～1997年）には太陽双極子磁場と地磁気の極性が逆で安定していたため、宇宙線による“影”のずれが相殺して見かけの太陽中心に静止していたことが10TeV領域で確認された。これは簡単なモデルを用いたシミュレーションでも再現された。 1999年に拡張された7.5ｍ間隔のTibet-IIIアレイで観測した2000年のデータでは3～15TeVのエネルギー領域で“太陽の影”は全く掻き消えていた。これは、黒点数の増加による局所磁場に太陽双極子磁場が乱されて宇宙線粒子が散乱されたためと思われるが、全く予想しなかった新しい知見である。2006～2009年には太陽活動は最静穏期を迎えたが、われわれの予想通り、太陽双極子磁場と地磁気の極性がそろって、“太陽の影”が地磁気だけのずれの２倍になるかどうか確認する
ことに大きな興味があった。2008年から2009年の解析の結果、ほぼ予想通りの結果になっていることが確認できた。この実験は、太陽活動の移り変わりに伴う“影”の時間的な変動を観測しているので、太陽活動の極大、極小の時期だけを観測すればよいと言うものではなく、常時観測を続けていかねばならないのが特徴である。
2014年からのデータについては、校正中のためまだ分析できていないが、2013年には、1996年から2009年までの「太陽の影」の変化を利用して、太陽コロナ磁場を予測する２つの理論モデルを検証した。その結果、太陽近傍の電流は磁場構造に影響しないと仮定したPFSS モデルよりも、太陽近傍の電流が磁場構造に与える影響を考慮したCSSS モデルが「太陽の影」の実験結果をよく再現することが分かった。これは、銀河宇宙線を用いて太陽コロナ磁場の検証を行った世界で初めての成果である。この結果はPRLに掲載され[1]、“Editorʼs Suggest
Uħť~ť>ťŗű:: 20>ions” としてハイライト論文に選定された。また、米国物理学
Away 2000''~'2009
Toward 2000''~'2009
会（APS）の運営するウェブサイト Physics（Synopsis）で紹介文付きで取り上げられた。また、2017年の日本物理学会年次、秋季大会では、3TeVから100TeVの領域で、太陽の影のエネル
ギー依存性を、太陽の自転周期によるセクター依存性にとともに報告[3,5]し（右図(2016年版)）、最新のまとめた結果はPRLに掲載されている[6]。さらに日本物理学会では、3TeV領
Uħť~ť>ťŗű:: 20>
Away 2000''~'2009
Toward 2000''~'2009
域での太陽の影の深さの変化を太陽活動との関連とともに、
UħÛPťŻŶżƐšUħť~Paper in preparation[1]同様シミュレーションとの比較を行なった。その結果、Cχ /d.o.f
CSSS'Rss=10'''::''25.3/14 ('1.9σ)
ME発生期間を除くとCSSSモデルを再現しており[2,4]、低エネ
CSSS'Rss =2.5'::''46.0/14''(4.0σ)
PFSS'Rss =2.5'::''67.7/14''(5.7σ)
ルギー領域ではCMEの影響を受けていることを示唆する結果が得られている。この結果は現在学術雑誌に投稿中である。
[ÉTibet-IIICSSS Rss = 10.0
CSSS Rss = 2.5PFSS Rss = 2.5

N-S Displacement [deg]N-S Displacement [deg]

00.6

0.4

0.2-0.2

-0.4

-0.6

Tibet-III
CSSS Rss = 10.0
CSSS Rss = 2.5
PFSS Rss = 2.5

South-1
102
10Rigidity [TV] Away in 2000 - 2009

NorthR'[TV]'''''

N-S Displacement [deg]R'[TV]'''''

1

ŎĘť Away(ŻŶżƐš Toward ŻŶżƐŎXIŕń ÛPť#$%&'( #ťé:Ť0.8
ŭŝş[^ôťŎŰ>ŎĘŤţŰ

20• ĤåĤÛP(IMF)ŤŦń±Tibet-III
CSSS Rss = 10.0
CSSS Rss = 2.5
PFSS Rss = 2.5

2Toward'sector':')*+,- <0''=>'2>ŏťŗű
0.6

Away'sector':)*+,- >0'=>'0>ŏťŗű

UħÛPšJÛ»ť$.&'( 'Ťŭŝş¨ăŤŗűŰ
0.4<=(JÏÛP ńŷƍƁÛPť~İŎĄŋŰƝ0.2
8.7 TV(ŠťUħť~ (significance(map)

ĵĜį



Toward 2000''~'2009
0SouthAway 2000''~'2009

2)

Toward4)
5)
6)

-0.2
1114-0.4-0.6

整理番号-0.8



AwayBy102

10

Rigidity [TV]3)0"Probe of the Solar Magnetic Field Using the Cosmic-Ray Shadow" of the Sun", M. Amenomori, et al., Physical Review Letters,111, 011101（2013）
宗像一起,他The Tibet ASγ Collaboration,「チベット空気シャワーアレイで観測された太陽の影による太陽R'[TV]'''''
R'[TV]'''''
磁場構造の研究6」, 日本物理学会2017年年次大会, 17pK21-2 (2017)
中村佳昭,他The Tibet ASγ Collaboration,「チベット空気シャワーアレイで観測された太陽の影による太陽磁場構造の研究7」, 日本物理学会2017年年次大会, 17pK21-3 (2017)
川田和正,他The Tibet ASγ Collaboration,「チベット空気シャワーアレイで観測された太陽の影による太陽磁場構造の研究8」, 日本物理学会2017年秋季大会, 14aU31-8 (2017)
中村佳昭,他The Tibet ASγ Collaboration,「チベット空気シャワーアレイで観測された太陽の影による太陽磁場構造の研究9」, 日本物理学会2017年秋季大会, 14aU31-9 (2017)“Evaluation of the Interplanetary Magnetic Field Strength Using the “Cosmic-Ray Shadow” of theSun”, M. Amenomori, et al., Physical Review Letters, 120, 031101 (2018) – Published 16 Jan. 2018-1

10Rigidity [TV]Tibet-III
CSSS Rss = 10.0
CSSS Rss = 2.5
PFSS Rss = 2.5

102ĵĜį¹p(7¡((u23vy qTZ TZĦ RčņŽƄžƀå»ŹƈƎƐųƌŵŠćÄŔű ŚUħť~šUħ ÛP³ĚŇ(E30South1)

2

10Towardin 2000 - 2009

10Rigidity [TV]N-S Displacement [deg]South-0.80North

10.8¨ă(2016)

ÉTZqt-

Toward in 2000 - 2009

NorthNorth

Away in 2000 - 2009

312