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太陽観測衛星『ひので』 太陽極域磁場の反転を捉えた
理化学研究所
塩田大幸国立天文台
常田佐久
国立天文台
下条圭美ひので衛星チーム
Ver. 20120418.1
配付資料
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発表要旨• 太陽極域では、太陽活動を支配する黒点の源
の磁場が見え、その様子は将来の太陽活動を 知る上で重要。
• 「ひので」の観測により太陽極域の磁場を分解し、 極性反転にともなう長期の変動を世界で初めて
捉えた。• 「ひので」の観測の結果、北極の負極磁場が大
幅に減少し、現在、正極に反転中であることを発 見した。これは、予想された反転の時期より約1
年早い。• 一方、正極磁場が卓越していた南極は安定な状
態を維持しており、太陽の基本的対称性が崩れ ていることがわかった。
2
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従来の太陽極域磁場観測
北緯55度
南緯55度
極域磁場:従来は緯度55度より極側全体で平均していた
太陽全体の磁場SOHO衛星の観測
3
白:正極磁場黒:負極磁場
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「ひので」の極域磁場観測
北緯70度
北極点
太陽極域の中心部緯度70度より極側の領域の中の磁場分布を
分解できる
極点上空から見た磁場分布
4
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2008年
2012年
北極
南極
負極←磁場→正極今回の発見!
2009年
2011年
5
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太陽の磁場
6
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太陽の黒点は強い磁石
黒点の磁場は千から三千ガウス
地球は、日本で0.5ガウス
銀河系の磁場は、1マイクロガウス 7
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太陽は大きな磁石
赤:外から太陽に
向かう磁力線
青:太陽から外に向かう磁力線
惑星間空間につながる磁力線
2007年3月
8
SOHO衛星による
太陽全球磁場および「ひので」による極域磁場から計算したコロナ磁場
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太陽は大きな磁石
正
負
も卓越する構造は双極子磁場 ← 極域の磁場
9
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太陽の大規模磁場は極性が反転1997年
10
2008年
太陽全体の磁場(SOHO衛星) 白・水色:正極磁場黒・橙色:負極磁場
正
負正
負
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極域磁場は黒点数が 大の時に反転する
太陽黒点数
1.0
0.0
‐1.0 北極
南極
太陽極域平均磁場
(ガウス) Wilcox 太陽天文台
ベルギー王立天文台
西暦
西暦
太陽活動が極大になる時期に、南北両極磁場の極性が反転 11
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予想される次の極大期2013年5月(アメリカ海洋大気
庁)
次の反転は2013年5月か?太陽黒点数
1.0
0.0
‐1.0 北極
南極
太陽極域平均磁場
(ガウス)
現在は太陽活動
がゆっくり上昇中
Wilcox 太陽天文台
ベルギー王立天文台
西暦
西暦
太陽活動が極大になる時期に、南北両極磁場の極性が反転 12
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黒点の種が見える極域
極域は、次の太陽周期に現れる黒点の種 になる磁場が観測できる領域である。
太陽の回転
速度
北極
南極
磁力線*
北極
南極
北極
南極
*磁力線はゴムひものように振る舞う
磁場が増幅
• 太陽内部で磁場を増幅させるダイナモ機構
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。太陽表面
13
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極の磁場が次の極大期 の大きさを決める
北極
南極
北極
南極
北極
南極
原因極域の磁場が弱いと
結果黒点ができない!
14
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ひのでによる極域観測
15
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はじっこの観測は難しい
太陽正
負
正 負
極(北)
赤道
例えば下図のような正極と負極を持つ磁場構造を分解するには、赤破線と青破線に挟まれた角度より高い分解能を持つ望遠鏡が
必要。
16
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ひのでの高い分解能2007年9月7日太陽の北極付近の磁場分布画像
SOHO衛星
空間分解能:2秒角ほとんど構造が見分けられない
「ひので」衛星可視光・磁場望遠鏡
空間分解能:0.2秒角鮮明に構造を分解している
太陽の縁太陽の縁
17
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3月と9月に極域を重点観測• 太陽の自転軸は、地球の公転軸に対して約7度傾いている。
• 3月前後に太陽の南極点、9月前後に太陽の北極点が地球 から も観測しやすくなる。
どちらかの極点が見えているとき、反対側の極点は見えなく なる。
18
約7度
9月の地球の位置
3月の地球の位置
地球の公転面
太陽の自転軸
9月に観測
可能な領域
3月に観測
可能な領域
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太陽極域に強磁場斑点(パッチ)が存在
19
太陽の南極点
緯度85°
80°
75°
70°
かか太陽太陽
北極
南極
この図は、下図の様に南極上空から観測したように、座標変換した画像。
2010年3月9日記者会見配布資料より抜粋
磁場(ガウス)
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反転を捉えたひので
20
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「ひので」による太陽極域観測
ひので打ち上げ
極域長期観測
太陽黒点数 ベルギー王立天文台
西暦
2008年9月
21
2007年9月北極集中観測
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ひのでが見た太陽極域磁場の全容
北極点
北緯85度
80度
75度
70度
負極←磁場→正極
22
緯度5度=約6万km
2007年9月北極磁場の
パノラママップ
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極小期近くの北極磁場の特徴
• 強磁場パッチが全体に分布。
• ほとんどの強磁場パッチが負極性の磁場。
• 特に大きな強磁場パッチのサイズは、小さな 黒点(ポア)よりも大きい。
• 一方、小さな磁場構造は、正極・負極の磁場 を持つものが、ほぼ同量存在する。
23
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北極世界初反転を捉えた
2008年 2011年• 負極性の強磁場パッチの数が減少し、大きな強磁
場パッチが現れなくなる。
• 正極性の強磁場パッチが低緯度に現れる。
負極←磁場→正極
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2009年 2012年
南極
依然として正極性の南極
• 大きな正極性の強磁場パッチの量はほとんど変わ っていない。
• 負極性の強磁場パッチはほとんど見られない。
負極←磁場→正極
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2008年
2012年
北極
南極
非対称な反転
2009年
2011年
負極←磁場→正極
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全方位に現れる正極性の強磁場パッチ
北極点
北緯80度
70度
60度
55度負極←磁場→正極
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2012年1月-2月 北半球パノラママップ
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矢印:磁力線(赤:上空から太陽に
向かう方向の磁力線、青:太陽から上空に向かう方向の磁力線)
表面の色:強磁場パッチ(赤・橙:負極、青:正極)
入れ替わる磁力線
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北極は反転間近
• 北極の負極の強磁場パッチが急速に減少。• 北極に正極の強磁場パッチが現れ始める。• 2012年5月に北極の反転が予想される。
• 南極は極性反転の兆候がほとんど見られない。
北極 南極
負極 正極
負極正極
西暦 西暦
平均磁場(ガウス)
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まとめ
• 「ひので」の観測により太陽極域の磁場を分 解し、極性反転にともなう長期の変動を世界 で初めて捉えた。
• 現在太陽の北極域では、負極性の磁場が大 規模に消滅しつつあり、太陽の北極磁場は
2012年5月に完全に反転すると予想される。
• 一方、南極は安定しており、極性反転の兆候 がほとんど見られない。
30
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反転しつつある北半球の磁場
2007年9月
2012年1月
北極点
北緯80度
70度
60度55度
北極点
北緯80度
70度
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参考資料
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本研究に関連した出版論文• Tsuneta, S.; Ichimoto, K.; Katsukawa, Y.; Lites, B. W.; Matsuzaki, K.;
Nagata, S.; Orozco Suárez, D.; Shimizu, T.; Shimojo, M.; Shine, R. A.; Suematsu, Y.; Suzuki, T. K.; Tarbell, T. D.; Title, A. M. “The Magnetic Landscape of the Sun's Polar Region”
The Astrophysical Journal, 2008,
Volume 688, Issue 2, pp. 1374‐1381.
• Shimojo, M.; Tsuneta, S.
“The Relation Between Magnetic Fields and Coronal Activities in the Polar Coronal Hole”
The Astrophysical Journal
Letters, 2009, Volume 706, Issue 1, pp. L145‐L149
• Itoh, H.; Tsuneta, S.; Shiota, D.; Tokumaru, T.; Fujiki, K. “Is the Polar Region Different from the Quiet Region of the Sun?”
The
Astrophysical Journal, 2010, Volume 719, Issue 1, pp.131–142
• Shiota, D.; Tsuneta, S.; Shimojo, M.; Sako, N.; Orozco Suárez, D.; Ishikawa, R.; “Polar Field Reversal as observed with Hinode”, The astrophysical Journal, 2012, submitted
33
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参考1:磁場の単位(ガウス)
• “ガウス”は磁場を表す単位である。1ガウス は10‐4テスラ。
N
S
北極
南極
N
SN
S
地球にも磁石がある。磁場強度は日本で0.5ガ
ウス。
棒磁石:2500ガウスエレキバン:
800ガウス
34