太陽観測衛星「ひので」によって明 らかになった短寿命水平磁場と その起源について 東京大学/国立天文台 石川遼子 共同研究者:常田佐久、ひので可視光望遠鏡チーム 1 太陽の構造 光球 (太陽表面) 6000度 中心核 核融合反応 1500万度 放射層 対流層 2 太陽大気 温度 光球 彩層 プラズマベータ 遷移層 コロナ 106K 105K 104K 100 太陽表面からの高さ (km) 10000 Pgas nk B T 2 Pmag B /8 光球 •T=104 [K] •n=1017 [cm-3] •B<1000 [G] =>β>1(ガス圧優勢) コロナ •T=106 [K] •n=109 [cm-3] •B~10 [G] =>β<<1(磁気圧優勢) 3 4 太陽光球(表面)の磁場構造 5 活動領域 黒点などの磁場が密集 数万km 磁場強度:数kG 430.5nmを中心とした波長帯で観測 横から見た黒点の磁力線の様子 2万km 6 静穏領域 対流(粒状斑)と輝点 7 静穏領域 対流(粒状斑)と輝点 数100km細い磁束管(~1kG)が輝 点として見えている. 8 「ひので」打ち上げ 前の磁場の概念 黒点 輝点 数万km 大きさの差こそあれ、磁場は 基本的に太陽表面に対して 垂直だと考えられていた 数100km 太陽表面 太陽表面 輝点:細い磁束管に 対応 2万km 430.5nmを中心とした波長帯で観測 9 黒点磁場を生成する グローバルダイナモ • 太陽の差動回転により、磁場を増幅させる。 北極 北極 北極 差動回転によってでき た東西方向の磁力線が 浮かび上がって黒点に。 磁力線* 南極 太陽の回転 速度 南極 南極 10 ダイナモ(磁場増幅) 磁力線 2 1 2 Be ~ 2 8 対流などの運動 運動 エネルギー 磁場の エネルギー Be:エクイパーティ ション磁場 磁場は、Beまで増幅される! 11 短寿命水平磁場の発見 12 太陽観測衛星「ひので」 極紫外線撮像分光装置 コロナの視線方向速度場・ 乱流を観測。 X線望遠鏡 高解像度で100万度~ 1000万度のコロナを撮像。 可視光・磁場望遠鏡(SOT):口径50cm 大気圏外にいるため、常に回折限界(太陽面上で150200km)を達成。太陽表面の詳細なベクトル磁場を観測。 13 「ひので」可視光望遠鏡の優れた性能 • 宇宙からの観測で大気の影響がないため、磁場 測定性能が飛躍的に進歩. – 高解像度 – 高感度 – 速い時間変化 を捉える 強度の画像 磁場の画像 「ひので」 地上観測例 (米国立太陽天文台) 14 「ひので」による水平磁場の発見(1/2) Lites et al. 08, Orozco Suarez et al. 07, Centeno et al. 07, Ishikawa et al. 08 連続光でみた太陽表面 1391000km 20000 km 大気の影響がないため、粒状斑と呼ばれる明る い対流セルがはっきりと捉えられている. 15 「ひので」による水平磁場の発見(2/2) Lites et al. 08, Orozco Suarez et al. 07, Centeno et al. 07, Ishikawa et al. 08 可視光望遠鏡でみた、太陽表面に対して水平な磁場の様子。 黄色部分が水平磁場の強い領域に対応している. 粒状斑と水平磁場の重ね合わせ 1391000km 20000 km 太陽表面に対して水平な磁場が太陽表面に点在. サイズは粒状斑より小さい(~1000km以下). 16 Ishikawa & Tsuneta 09 静穏領域の ベクトル磁場 を求める 磁場強度 [G] 水平 VS. 垂直 傾き角[度] 20000 km 垂直 垂直 水平 水平磁場は、静穏領域磁場の主要素. 17 太陽表面と水平磁場の想像図 対流層からウミヘビのよう な磁束管の一部が出現 対流による ものの流れ 磁束管 18 ユビキタス 水平磁場(1/2) 粒状斑があれば、必ず水平磁場が存在する。 Lites et al. 08, Orozco Suarez et al. 07, Ishikawa et al. 08 黄色部分が水平磁場の強い領域に対応。 120000km 250000km 19 ユビキタス 水平磁場(2/2) Ito et al. 10 極域から見た水平磁場分布 20 水平磁場の時間発展 21 水平磁場の時間変化を追う (1/2) 4000 km 20000km 太陽表面の対流の様子 断面図 粒状斑(明るいセル状部分)は、太陽内部から 浮き上がってきた対流に対応している。 対流が絶えず起こっている 22 水平磁場の時間変化を追う (2/2) Ishikawa & Tsuneta 09a 4000 km 非常に短い時間で、出現、消 滅を繰り返し、発生頻度が 非常に高い ⇒短寿命水平磁場と命名 太陽表面と水平磁場の想像図 粒状斑の 断面図 粒状斑(明るいセル状部分)は、太陽内部から 浮き上がってきた対流に対応している。 +垂直磁場: Green: 13G +水平磁場: Yellow: 140G 23 水平磁場のトモグラフィー 磁場強度 350[G] Ishikawa et al. 10 Δt = 0 sec Δt = 130 sec 高さ[km] 420 0 0[G] 600km 1300km 速度 3 [km/s] ↑ Δt = 0 sec Δt = 130 sec 高さ[km] 420 0 3 [km/s] ↓ 24 粒状斑 個数 Roudier and Muller (1986) 大きさの比較 水平磁場 vs粒状斑 D 2( A / ) 1/ 2 0.2 0.6 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 D (arcsec) 短寿命水平磁場 イベント数 # 97 THMFs Ishikawa & Tsuneta 09b Size D(arcsec) A : area •サイズ分布のヒストグラムは 両者よく似ている •粒状斑、短寿命水平磁場、ど ちらも特徴的なサイズはもって いない •短寿命水平磁場の方が小さ い Threshold :LP>0.22% & Area≧3pixel 25 粒状斑 寿命の比較 水平磁場 vs 粒状斑 Hirzberger et al. (1999) 平均寿命: 6分 •粒状斑と比べて、短寿命 水平磁場の寿命は小さい (平均寿命、分布域) Lifetime [min] Number of events 短寿命水平磁場 # 97events Ishikawa & Tsuneta 09b 平均寿命: 4 min •粒状斑は小さいものほど 個数が多いが、短寿命水平 磁場の分布は4分にピーク がある. Threshold:LP>0.22% & Area≧3pixel Lifetime: time with LP>0.22% Lifetime [min] Ishikawa & Tsuneta 09b 26 Ishikawa & Tsuneta 09b 短寿命水平磁場の出現場所 と消滅場所を探る 出現時 出現場所と消滅場所の 光の強度分布 粒状斑間 All the region 明るい粒状斑 内に出現 水平磁場 粒状斑内 Number of events appear disappear 消滅時 強度(平均強度で規格化) Ishikawa & Tsuneta 09b 27 短寿命水平磁場の出現場所 と消滅場所を探る 出現時 明るい粒状斑 内に出現 Number of events 出現場所と消滅場所の THMF 短寿命水平磁場全てが、下降流が生じている粒状 光の強度分布 斑間まで到達して消えているという訳ではない 粒状斑内 粒状斑間 • 短寿命水平磁場の消滅機構は? All1. the 粒状斑間の下降流で沈み込む. region appear disappear 2. 対流によって磁力線がばらばらになって感度 以下になって見えなくなってしまった. Disappearance 3. 光球を抜けて、彩層まで到達した. 強度(平均強度で規格化) Ishikawa & Tsuneta 09b 28 短寿命水平磁場の磁気エネルギー フラックス コロナ 1,000,000度 彩層 10,000度 太陽表面 6,000度 Unit: erg cm^-2 sec^-1 Ishikawa & Tsuneta 09a Required energy input (Withbroe&Noyes 1977) 静穏領域 活動領域 コロナ 3x10^5 10^7 彩層 4x10^6 2x10^7 ~2x10^6 ~5x10^6 水平磁場の磁気エネルギーフラック ス ※全ての短寿命水平磁場が彩層へ到達すると仮定 短寿命水平磁場の持つ磁気エネルギーは、 彩層やコロナを加熱するのに必要なエネルギーに匹敵する. 29 太陽全面に遍く存在する 短寿命水平磁場. その起源は? 30 短寿命水平磁場の起源を探る 可能性1:黒点など グローバル磁場起源 可能性2:太陽表面付近の対 流による局所的磁場生成機構 太陽表面 太陽表面 黒点 磁力線 数万km 例:黒点からはがれた磁場が短 寿命水平磁場の元となる 1000km 対流セル 粒状斑の対流運動によって引 き伸ばされて増幅した磁場の一 部が太陽表面に現れた 可能性2であれば、周囲の磁場の有無によって短寿命水平磁場の性質に違いが出ない. 活動領域と静穏領域の水平磁場の性質を比較 31 静穏領域と活動領域(プラージュ)の 短寿命水平磁場の性質の比較 静穏領域 活動領域(プラージュ) FOV 2”x164” プラージュの垂直磁気フラックスは、 静穏領域の8倍 32 2つの領域で、短寿命水平磁場 の性質は一致 Ishikawa & Tsuneta 09a 水平磁場の磁場強度分布 静穏領域 プラージュ 静穏領域 vs 活動領域 • 磁場強度分布は一致 • 93%が700G(エクイパーティ ション磁場Be*)以下の磁場 強度を持つ • 垂直の磁気フラックスの差は 8倍もあるのに、短寿命水平 磁場の発生頻度は同じ *エクイパーティ 1 2 Be 2 ~ ション磁場(Be) 2 8 磁場強度 [G] ※プラージュ領域で垂直磁場が観測時間中, 定常的に存在する領域は省いた. 33 極域と静穏領域の比較 Ito et al. 10 静穏領域 vs極域 全体の98%が700G(エクイパーティション磁場)以下 =>静穏領域・プラージュ領域・極域で水平磁場の磁場分布が 一致し、大部分がエクイパーティンション磁場強度以下 34 新しい磁場生成機構 黒点磁場の生成機構 短寿命水平磁場の 生成機構 • 太陽の差動回転で磁場を増 幅する「グローバルダイナモ」 • 粒状斑の対流運動で磁場を 増幅する「ローカルダイナモ」 北極 北極 北極 磁力線 磁力線が対流で引き伸 ばされて増幅される 南極 差動回転の エネルギー 南極 南極 磁場の エネルギー 対流セル 対流の運動 エネルギー 1000km 磁力線 磁場の エネルギー 35 まとめ • 「ひので」によって、太陽表面の詳細な磁場測定 が可能となり, • 短寿命水平磁場が太陽全面に存在することが明 らかとなった. – 対流(粒状斑)と密接に関係. – 総磁気エネルギーは非常に大きく、彩層・コロナ加熱 に必要なエネルギーに匹敵. – 静穏領域、活動領域、極域で性質に差が見られない. – 磁場強度はエクイパーティンション磁場強度以下 =>太陽表面近傍の対流運動による局所的なダイナ モ機構(ローカルダイナモ)が駆動. 36 今後 • 短寿命水平磁場のエネルギーが解放されれば、 彩層・コロナを加熱している可能性がある. この 短寿命水平磁場は、彩層・コロナ加熱に寄与し ているのか? • 対流ある所に短寿命水平磁場あり. 対流の存在 するその他の天体(恒星・原始星・降着円盤・星 間分子雲….)などにも短寿命水平磁場は存在し、 活動現象や進化に影響を及ぼしているのか? 37
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