「ようこう」・「ひので」による太陽電磁流体現象の観測的研究
勝川行雄
自然科学研究機構国立天文台
ひので科学プロジェクト 助教

宇宙科学奨励賞記念講演1

2009/3/10

宇宙にはプラズマが普遍的に存在する
宇宙空間には様々な空間スケールに渡ってプラズマが存在する

地球、惑星磁気圏

太陽・恒星コロナ

惑星間空間 (太陽風、恒星風)

(c) ISAS/JAXA

中性子星、ブラックホール、降着円盤
超新星残骸(c) ISAS/JAXA



銀河、活動銀河核(c)NASA

銀河団プラズマ

2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演2

宇宙プラズマの実験室としての太陽
太陽は空間的に分解して観測できる唯一の恒星



その外層大気には6000度から数百万度という様々な温度のプラズマが共存爆発現象（フレア）によって、超高温のプラズマが突発的に生成される



キロガウス磁場、地磁気の数1000倍

宇宙プラズマの実験室
2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演

3

人工衛星による太陽観測
1990年代以降、人工衛星からの太陽観測が本格化し、多くの科学的成果をもたらした
ひのとり (1981年)

ようこう (1991年-2001年)

ひので (2006年-)

SOHO、TRACE、RHESSI など

地上からは見えない波長での観測

ようこう

ひので

– γ線、X線、紫外線
激しい太陽の様子が見えてくる

大気に邪魔されず、細かな所まで観測する

SOHO– 可視光での太陽表面の詳細観測

24時間連続した安定した観測– 太陽表面の常時監視
TRACE

2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演4太陽表面は磁石でおおわれている

X線
N極とS極をつなぐ磁力線が太陽の外側をおおっている

黒点にはN極(白)、S極(黒)の強い磁石（磁場)それ以外の場所にも磁場は存在している
2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演

5

コロナ加熱のメカニズム
ナノフレア加熱説

波動加熱説

コロナコロナ熱

熱熱熱熱

磁場対流

これまでの望遠鏡では分解できなかった小さなフレア（ナノフレア）がエネルギー源となり、コロナに熱を供給している。対流によって磁力線がねじられ、コロナ中のいたるところに電流シートができ、磁気リコネクションによりエネルギーを解放。
2009/3/10

対流

太陽表面

太陽表面から無数に伸びている磁力線が、太陽表面の対流などの運動により揺すられることで、エネルギーをコロナに運び、コロナで熱に変換する

宇宙科学奨励賞記念講演6コロナ加熱を調べるために、どのように観測するか？



コロナ加熱の鍵を握るナノフレアや波は極めて小さく直接観測するのはなかなか難しい
そこで、– コロナから来るX線強度の揺らぎに埋もれたナノフレアの徴候を調べる– 磁場とコロナの関係から、磁場がどのような役割を担っているかを知る
最終的にはその過程を直接捉えたい– 新しい太陽観測衛星「ひので」2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演

7

X線強度の微小時間変動
マイクロフレアによる増光

X線で観測した活動領域
2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演8

X線強度の揺らぎから「ナノフレア」を調べる
X線強度の時間変動

X線強度のヒストグラム

マイクロフレアナノフレアのエネルギー

マイクロフレア

ナノフレアによる揺らぎ

一定に見える成分も、ナノフレアによって揺らいでいるはず。
X線強度の時間変動からヒストグラムを作る。
ヒストグラムの幅から、ナノフレアの情報が得られると期待される。

2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演

9

微小変動の大きさ→ナノフレアの徴候

σ n = (0.08 ± 0.03) I 0 ( 0.93± 0.10)



X線強度の変動がナノフレアの重ね合わせと考えると

σ n = C 1/ 2 I 01/ 2 En1/ 2



2009/3/10

ナノフレアのエネルギーは1020ー1023ergと見積もられる

宇宙科学奨励賞記念講演10ナノフレアのエネルギーと頻度

2009/3/10

これまで観測されたマイクロフレアよりも小さなエネルギーである。
大きなフレアを外挿して得られる頻度よりもはるかにたくさん起きている。

宇宙科学奨励賞記念講演

11

低温コロナ、高温コロナと磁場の関係
100万度のコロナ (TRACE)

200万度以上のコロナ (ようこう)

太陽表面の磁場 (SOHO/MDI)

2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演12低温コロナの高温コロナの違いは何故できるか？
低温コロナ、高温コロナそれぞれについて、光球磁場の特徴を詳しく調べる

高温コロナ
EFR

黒点外

低温コロナ
黒点
黒点外
磁場強度 (kG)

磁場の傾き角(度)あまり差が無い
2009/3/10

磁場の密集度

連続光強度

非常に異なる
宇宙科学奨励賞記念講演

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微細な磁気要素の運動が鍵を握る
低温コロナ

エネルギー入力大エネルギー入力小

高温コロナ

密集度小→ 磁気要素の運動大

2009/3/10

密集度大→ 磁気要素の運動小(最たる例が、黒点）光球における、磁場の密集度、磁気要素の運動のしやすさ
がコロナ加熱へのエネルギー入力の大きさを決めている

宇宙科学奨励賞記念講演14

「ひので」
太陽表層における磁場の微細活動が見えてきた

対流(粒状斑)と磁場の相互作用
2009/3/10

2006年9月に打ち上げられた「ひので」光球磁場の超高解像観測
彩層、コロナの同時観測
コロナ加熱の素過程の直接観測を目指す

彩層で発生するジェット現象

宇宙科学奨励賞記念講演

15

黒点内で発生する微細ジェット現象



黒点半暗部の彩層 (温度1万度) におけるジェット状の増光現象

長さ: 1000 ‒ 4000km, 幅: 300km, 寿命: 1分以下
このような微細で短命なジェット現象は、従来の観測ではとらえることができなかった。

2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演16

黒点半暗部： フィラメント状（筋状)の磁場構造
立った磁場

水平な磁場



半暗部マイクロジェット

偏光分光観測によって、磁場の様子を調べると、半暗部には水平な磁場と立った磁場が存在 (くし状構造)
2つの磁場成分の間には強い不連続面が存在。そこで磁気リコネクションによって磁気エネルギーが解放されている

2009/3/10

磁気リコネクションによるエネルギー解放

white → strong
black → weak
宇宙科学奨励賞記念講演

17「ひので」によって見えてきた磁気リコネクション



彩層ではあらゆる場所で無数のジェット現象が発生。

極域コロナホールで観測されるX線ジェット

Shibata et al. (2007)
Cirtain et al. (2007)2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演18

コロナ加熱の素過程が見えてきた
これまでの観測では見えなかった。多数のジェット現象。磁気リコネクションは太陽大気で普遍的に発生している



加熱に必要なエネルギーを伝播している可能性のある磁気流体波（アルフヴェン波)も始めて検出された



プロミネンスを伝わる波Okamoto et al. (2007)

磁気リコネクションで発生したエネルギーが波によって周囲に伝播し散逸するなど、お互いに連携しあって加熱している可能性が高い。コロナ
加熱解決まであと一歩。

2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演

19「ひので」 可視光磁場望遠鏡の開発


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
可視光でハッブル宇宙望遠
鏡に継ぐ解像度
最先端の宇宙光学技術の結晶、純国産技術で開発––––



軽量光学系、その支持機構
軽量・低熱膨張構体
衛星擾乱を取り除く可動鏡
微小擾乱の低減、など

それらを地上で実証するための試験手法の開発

2009/3/10

可視光磁場望遠鏡(SOT)の完成を記念して（国立天文台高度環境試験棟にて)宇宙科学奨励賞記念講演

20

始めて観測データを目の当たりにしたとき
2006年10月25日 可視光望遠鏡のファーストライト

2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演

21「ようこう」、「ひので」による研究を通して太陽という身近なごくありふれた恒星であっても、磁場によって、複雑で様々な現象が生み出される– 身近であってもなかなか手の届かないもどかしさと奥深さ– 太陽を通して、プラズマの物理を知る面白さ

新しいサイエンスを生み出すための新しい観測装置の開発を通して– 国内外の多くの方々とともに、同じ目的を目指して装置を開発することの重要性、困難、それを克服したときの喜び– 「ひので」のデータを見たときの感動、その感動は研究者だけのものではなく、一般の方々と共有できるものであること

2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演22

謝辞

JAXA/宇宙科学研究本部、自然科学研究機構国立天文台の「ようこう」・「ひので」チームの方々
人工衛星の開発や運用を支えて頂いているメーカーの方々
栄えある第1回宇宙科学奨励賞を授与して下さった財団法人宇宙科学振興会の皆様に心から感謝致します2009/3/10

宇宙科学奨励賞記念講演23