最新太陽像と宇宙天気予報

その 2柴田一成(京大理:花山天文台)
3. 太陽の謎:太陽面爆発(フレア)
太陽の活動の一番激しいところ、それをフレアといいます。太陽の爆発です。図 5 をご覧ください。これは京大飛騨天文台でとらえたフレアの一例です。太陽全体に比べると小さいのですけれども、これを拡大しますとこのようになります。数時間の映像を数分に変えて見ると、非常に激しく変化しているのがわかります。

α 単色像写真 (2001年 4月 10日、京大飛騨天文台)
図 5 太陽フレアの H
太陽は地球の 100倍ぐらい大きいですから、このフレアは地球の 10倍ぐらいの大きさです。右図の中の二つの黒い点が黒点です。フレアは水爆にすると何と 10万個から 1億個という、とんでもない爆発で、太陽系最大の爆発現象です。 2つの黒点は N極と S極に対応しています。非常におもしろいことに、それに対応して光る場所も二つあります。 2か所がリボンに似た形で光るので、ツーリボンフレアと呼ばれることもあります。これがフレアを理解する一番のヒントなのです。フレアが発見されたのは今から 150年ほど前、キャリントンとホジソンによります。黒点のスケッチの最中に偶然発見されました。フレアは黒点の近くで頻発する傾向があるので、磁気エネルギーが原因だ、ということまではわかっています。しかし、どうしてそれが発生するのか、そのメカニズムがずっと (100年以上の間)謎でした。
それがようやく最近わかってきました。フレア爆発が起こるときには、しばしば図 6のようなプロミネンス噴出という現象が起こります。これは33

史上最大のプロミネンス噴出現象です。 60年ほど前にアメリカで観測されたのですけれども、このように大きいものはめったにありません。黒い円盤は太陽の大きさですから、いかに大きし、かがおわかりになると思います。
地球の大きさは、このプロミネンスの何十分の 1くらいに小さいのですね。
ムービーを何遍も見ていると、だ、んだ、ん様子がわかってきます。よく見ると筋模様になっています。これは磁力線です。それから、グ、ルグ、ルグノレグ
ノレらせん状をしているのがわかりますか。プロミネンスの噴出とともに、ガス(プラズマ)がグルグ、ルこの中で、回っています。何か、ほどけているようです。ねじれたひもがだんだんほどけているかのような様子がわかります。

図 6 史上最大のプロミネンス噴出 (1946年 6月 4目、米国)

さらにそのようなフレア、プロミネンス噴出というものの正体を探っていくと、先ほど日食のときに見えたコロナが大事だというのがわかるのです。実はコロナでフレア爆発が起きている、フレアの正体はコロナにある、ということがわかってきました。十数年前、日本が「陽光(ょうこう)J という人工衛星を打ち上げて、ついにフレアの正体がわかってきたのです。
図 7はX線で見た太陽です。先ほどの可視光で見た姿と全然違います。日
食のときにはコロナは横からしか見えないのですけれども、 X線を使うと太陽の正面から見えます。コロナはループから出来ていることがわかります。ループなどの筋状の構造はすべて磁力線を表しています。非常に激しく光っているのは、まさにここで爆発があって、激しく活動しているということです。これが連続した映像(ムービー)でとれるようになりました。

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ょうこう衛星で撮影されたコロナの X 線ムービーを見ると、驚き、感動の連続です。わたしはこれを初めて見たときびっくりしました。太陽の正体
はこうだ、ったのか、こんなに爆発だらけだ、ったのかと、目からウロコ、人生観が変わるほど驚きました。

図 7 X線で見た太陽コロナ (1992年 2月 1目、ょうこう衛星)

先ほども言いましたけれども、太陽というのは宇宙の中では最も普通の星です。それですら、このように激しく活動しているということは、宇宙はどんなにすごいのだろうというのが想像できます。 X線はしかもレント
ゲン写真の X線と同じです。私たちの周辺には地球の大気がありますから、地上まで太陽の X線は届かないのですけれども、宇宙空間、人工衛星、宇宙飛行士などは、この X線をもろに浴びるわけです。これで、いかに宇宙飛行士が危険な職務かというのがおわかりになったと思います。この X 線映像を見ているだけで 30分ぐらいすぐにたってしまいます。花山天文台に遠足に来た小学校 2年生にこの映像を見せたら、子供たちは大喜びで 30分間、映像を見ながら話し合いをしたことがあります。小学校の低学年でもこの映像のすごさ、おもしろさがわかるのですね。質問ぜめに合いました。
皆さんも何か質問があれば、ぜひ気楽に質問してください。これを見ているだけでも、いろいろ太陽の基本的性質がわかります。

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4. フレアの正体:磁気リコネクションα
さて、そのフレアの正体は何でしょうか? 図 8 を見てください。 Hで見ますと、先ほど言いましたように二つの光、 N極、 S極とがありました。 X線で見ますと、ちょうどうまい具合にこの二つの光った N極と S極をつなぐようなループが見えますね。さらに良く見ると、ループの上空がとがった形をしています。このような形をカスプと呼んでいます。実は太陽の研究者は、もう数十年前から「磁気リコネクション J というメカニズムを提唱していまして、フレアの上空はこのようなとがった形になるだろうと予測していました(図的。だから、 X線観測でこのような先のとがった形が見えだしたときは、世界中の多くの太陽研究者が驚きました。あまりにも予想通りだ、ったからです。しかも反対する研究者も結構いましたから、これは大きな発見でした。論争中の問題に終止符を打ったからです。「磁気リコネクション」という言葉は、ぜひ覚えて帰っていただけるとうれしいです。これは普通は大学院で教えているくらい難しい物理概念なのです
けれども、丁寧に話せば小学生でも直感的に理解してくれます。日本語で言うと「磁力線のつなぎかえ J、あるいは「磁気再結合J とも呼ばれます。

図8 H
α と X線で見た太陽フレア (1997年 5月 12日、H
α ・京大飛騨天文台、 X線・ょうこう衛星)

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園 9 フレアの磁気リコヰヲション説。この盟によって予言されたカスプ構
rcade と記されている構造)が、造(先のとがった高温ループ構造、圏中で aょうこう衛星により実際に観測された(園自参照)。
磁気リコネクションとはどんなメカニズムでしょうか? これは逆向きの磁力線がつなぎかわる現象です(図 10参照)。磁力線というのは、太陽コロナのような高温のプラズマ(電離気体)中では、まるでゴムひものような性質を持っています。つまり、引っ張ると元に戻ろうとするカ(張力)が働きます。リコネクションが起こると、磁力線がつなぎ替わることによって、磁力線が引っ張られた状態が自然に発生し、(ゴムひもの)パチンコと良く似た効呆によって、プラズマが猛烈な勢いで加速されます。さきほどのフレアの場合で言うと、カスプ型構造の頂点あたり、逆向きの磁力線がちょうどこの部分の上空で遭遇しますと、そこで大電流が流れ(雷のようですね)、それが突然シヨ}トすると磁力線がつながるわけです。磁力線というのはまるでゴムひものような性質をもっていますから、そこで突然パチンと上下にはじけるのです。大量のガスが上向きと下向きに加速、噴出します。上に飛んでいったものがプロミネンス噴出、下のほうに行ったものは最終的には熱に変わってツーリポンプレアを形成します(図 9参照)。
このようにして、 1
00年以上謎であったフレアの発生メカニズムは、磁気リコネクションである、ということがついに解明されました。しかも日本のようこう衛星のデータで、また、研究も日本人主導でなされました。このような日本の科学研究の活躍を、皆さん、ぜひ、覚えておいてください園37

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ー・砂

園10 磁気リコネタションの概念因。磁気リコネヲションは、「磁力線つなぎかえ」、あるいは、「磁気再結合』、とも呼ばれる。
さて磁気リコネクションは地球でも起きています。地球の磁力線が太陽風に流されて反平行磁場が出来ています(図 11)。このような反平行状態で、磁気リコネクションが発生すれば、やはりこれもパチンコ効果でエネルギーが発生して地球の電離層まで到達し、そこを光らせます。それがオーロラなのです。だからオーロラも宇宙から見たら、北極と南極が同時に光ります。地上から北極と南極は同時に見られないのですけれども、土星のオーロラが最近見つかりました(図 12)。北極と南極が同時に光っています。
これはまさに先ほど見た太陽の HIlで見たツーリボンフレアと同じですね。

1 地琢磁気圏の想像園
図1
2 土星のオーロラ (HST)
図1
一方で、先ほどプロミネンス噴出というのがありました。あれはパチン

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コ効果で外側に飛び出したものの一例ですが、さらにそれが遠くまで飛んでいくのです。図 13は宇宙空間で人工的に日食をつくって観測した太陽コロナの可視光写真です。宇宙空間というところはほとんど真空ですから、太陽を円盤で隠しますと日食になるのです。それで、丸くコロナが見えるわけです。しかもこれは連続映像として観測されています。太陽から激しくガスが常時吹き出しているのがわかります。これは太陽風です。それから、時折大爆発で飛び出すのがコロナ質量放出と呼ばれる現象で、これはプロミネンス噴出のなれの果てに対応します。この映像もすばらしくて、私は大好きです。昼間でも星が見えるのがわかりますね。宇宙はすごいです。太陽を手で隠すだけで星が見えます。すごくダイナミックで感動するのですけれども、考えてみたら、太陽から大量のガスが秒速 400キロメートノレから数千キロメートノレという猛スピードで飛んでいるのですから、それが地球にやってきたら大変なことになるというのは皆さん、想像できると思います。

園13 コロナ質量放出(SO
HO/LAS∞人工目量による可視光画像)自丸が太陽(次号に続く)39