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宇宙科学の最前線

「ひので」・彩層・波、そしてコロナ加熱 名古屋大学 研究員 岡本丈典

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 太陽コロナはなぜ熱いのか。長年、太陽研究者を悩ませている問題である。この謎を解くために数々の地上望遠鏡や衛星が世界中でつくられてきた。太陽観測衛星「ひので」もその一つである。しかし、我々はまだ答えにたどり着いていない。現在開発中、あるいは検討中のミッションにも常に「コロナ加熱問題」が主要テーマとして入っている。このように見ると、コロナ加熱研究はまったく進歩していないのかと疑念を抱くかもしれない。しかし、それは違う。観測的理解は近年大きく進んでおり、実質的な研究内容は劇的に進化している。特に「ひので」による観測から、加熱に重要な役割を果たすと考えられる波動が発見され、さらにアメリカの太陽観測衛星「IRIS」(Interface Region Imaging Spectrograph)のデータも加わることで、ついに波動の散逸が捉えられるに至った。

 本稿では、これら太陽観測衛星によるコロナ加熱研究へのアプローチについて紹介する。


「ひので」が見た彩層活動

 早速だが、コロナの話をしようとしているのに、なぜ彩層が出てくるのか。これは少し誌面を割いて述べておいた方がよいだろう。まず、太陽大気は内側から順に6000度の光球、1万度の彩層、100万度のコロナと続いている。光球は厚さ500km、彩層は2000km程度で、その外側がすべてコロナである。太陽大気が平行平板で構成されているなら、ややこしいことは何もない。しかし、実際はそうではない。図1のように、彩層と呼ばれるものがコロナの高度まで突き出していたり、コロナ中を浮遊したりしている。このちぐはぐさの原因は、彩層やコロナといったものが温度で定義分けされていることにある。1万度のガスは実際の存在高度に関係なく彩層と呼ばれ、同様に100万度のものがコロナである。その結果、今もプロミネンスやスピキュールなど「コロナ中にある彩層温度のプラズマ」がひとくくりに彩層と呼ばれている。これらを、いわゆる古典的な平べったい彩層とは同一視しないように注意したい。

 さて、「ひので」が見た彩層だが、図1の通り微細な筋状構造から成っている。そして、これを動画で見ると非常に活発に動き回っていることが分かる。これが「ひので」によるオドロキの発見の一つであり、コロナ加熱研究が一筋縄ではいかないことを太陽研究者に知らしめるに至った。というのも、彩層は光球とコロナの間にある単なる中間層で、エネルギーのやりとりにおいて重要であるとは考えられていなかったのである。しかし、これだけ活動的であるという事実を突き付けられた以上、彩層の振る舞いやエネルギー蓄積量を正しく把握しないことには、コロナへの熱の輸送は理解できないであろう。


図1「ひので」画像と平行平板大気モデル
図1  「ひので」画像と平行平板大気モデル [画像クリックで拡大]
左:「ひので」が観測した太陽の縁。下が太陽面、上がコロナで、横にたなびいている筋状構造がプロミネンスである。1万度程度のプラズマから発せられた光のみを観測しており、それを黄色く色付けしてある。
右:太陽の古典的大気モデル。彩層とコロナの境界には温度が急激に変化する遷移層と呼ばれる層があるが、ここでは省略し、彩層とひとくくりにしている。

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