概要

宇宙科学研究所の小規模計画「小規模太陽観測プログラム」(2016年度採択、2024年度終了)に基づき、国立天文台を中心とする研究グループは、国際共同太陽観測プロジェクトSunrise-IIIに搭載する近赤外線偏光分光装置SCIP（SUNRISE Chromospheric Infrared spectroPolarimeter）を開発し、2024年の気球フライト観測によって、高解像度で高精度の太陽偏光分光観測に成功し、太陽光のスペクトルと偏光状態を詳細に測定しました。取得された観測データの初期解析によって、太陽表面の大部分を占める静穏領域の上空に、従来の想定を超える入り組んだ彩層磁場が潜んでいることを明らかにしました。この発見は、彩層やコロナがどのように加熱されるのか、そのメカニズム解明に向けた重要な手掛かりとなります。

研究成果

太陽の表面は、磁場が強い領域である黒点と、磁場が弱い静穏領域に大別されます。静穏領域にも無数の小さな磁場構造が存在し、さらにその上空にあたる彩層にも磁場が存在します。しかしその磁場は弱く、地上望遠鏡では大気のゆらぎが影響するため静穏領域の彩層磁場は測定が困難でした。国立天文台が主導して開発したSCIPは、大気のゆらぎの影響を受けない高度35キロメートルの成層圏からの高精度偏光観測により、太陽表面（光球）からその上空にあたる彩層にかけての磁場を切れ目なく観測することに成功しました。

太陽表面で集中した磁場が、上空の彩層では広がり「キャノピー」と呼ばれる構造を形成します。観測で得られたデータを詳細に分析した結果、キャノピーの内部に、細く伸びる糸状の磁場構造が多数存在することが発見されました。一部では、周囲とは逆の極性を持つ構造も確認されました（図1）。

図１：SCIPが捉えた静穏領域（黒点などがない領域）における光球（左）と彩層(右)の磁場分布。単位はガウスで、赤が正極、青が負極を表す。光球で磁場の集中した領域では、彩層の磁場が光球より広がっている。その中で、緑の丸で示したように、周囲と逆の極性を持つ糸状の磁場構造が点在している。Credit：NAOJ/Sunrise-III/SCIP-Team

数値シミュレーションにより、太陽表面の運動によってねじられた磁力線が、観測されたような糸状の磁場構造を彩層で形成していることが明らかになりました（図２）。異なる向きの磁場が隣り合う領域では、磁力線のつなぎ替え「磁気リコネクション」が発生し、磁気エネルギーが熱へ変換される可能性があります。今回の発見は、彩層やコロナがどのように加熱されるのか、そのメカニズム解明に向けた重要な手掛かりとなります。

図２：数値シミュレーションで再現された彩層磁場分布（左）。周囲とは逆向きの磁場を持つ糸状の構造が見られる。その磁力線を、上から見た様子（右上）と横から見た様子（右下）から、ねじれた磁力線が複雑に絡み合っていることが分かる。Credit：MPS/Sunrise-III

また、太陽の縁を詳細に観測することで、太陽表面から上空へ伸びるジェット状構造「スピキュール」の磁場を捉えることに成功しました。スピキュールは太陽表面から上空のコロナへエネルギーを運ぶ担い手と考えられており、その分布が高さとともに変化していくことを明らかにしました（図３）。この成果は、太陽表面から彩層を経てコロナへどのようにエネルギーが運ばれているのかを定量的に解明するための突破口となります。

図３：SCIPで観測した、太陽の縁部分の彩層の明るさ（上）と、彩層の視線方向の磁場分布図（下）。　左上の黒い部分は背景の宇宙が見えている。太陽表面から上空へ伸びるジェット状構造「スピキュール」における磁場の高さ方向分布を見ることができる。図中の黒線が太陽の縁の位置を示す。また、視線方向磁場の図の単位はガウスで、赤が奥行き方向、青が手前方向の磁場を示している。Credit：NAOJ/Sunrise-III/SCIP-Team

【宇宙科学研究所側共同研究者のコメント】

本プロジェクトは、日本学術振興会科学研究費と小規模計画経費のマッチングファンド方式で実施されました。SCIPは、太陽光に含まれる偏光信号を0.03~0.04%(1s)の高精度で測定できる能力を持った分光装置です。その偏光測定を可能にした偏光変調器 (Polarization Modulator Unit) や2次元の太陽面マップを得るためのスキャン機構（Scan Mirror Mechanism）は、元々SOLAR-C望遠鏡の技術開発において宇宙科学研究所が主導して獲得した国産技術です。その技術を大気球実験に用いることで、今回の発見をもたらしたことは素晴らしいことです。現在開発が進められているSOLAR-Cが、このさらに上空に広がる大気を観測することで、コロナ加熱問題の解明に大きく近づくことが期待されます。

論文情報

本成果を含むSunrise-IIIの初期成果論文は、学術誌 The Astrophysical Journal Letters の特集号（Focus Issue）に掲載されています。

特集号サイト： THE ASTROPHYSICALJOURNAL LETTERS　Sunrise-III Early Science
https://iopscience.iop.org/collections/apjl-260303-220_Focus-on-Sunrise-III

本成果に関する発表論文（3編）
1.
論文タイトル：Three-dimensional Magnetic Field Structure of a Quiet-Sun Region Revealed by SUNRISE III/SCIP
著者：Masahito Kubo et al.
ISAS or JAXA所属者： 清水　敏文
掲載誌：The Astrophysical Journal Letters
ＤＯＩ：10.3847/2041-8213/ae909b
発行日：2026年８月26日

2.
論文タイトル：Magnetic Field Distribution along Spicules Revealed with SUNRISE III/SCIP
著者：Yoshihiro Naito et al.
ISAS or JAXA所属者：原　弘久，清水　敏文
掲載誌：The Astrophysical Journal Letters
ＤＯＩ：10.3847/2041-8213/ae8f38
発行日： 2026年８月５日

3.
論文タイトル：Cause of Chromospheric Opposite Polarity Intrusions Discovered in Sunrise III/SCIP Data: MURaM-ChE Simulations Point to Twisted Flux Ropes
著者：Patrick A. Ondratshcek et al.
ISAS or JAXA所属者：清水　敏文
掲載誌：The Astrophysical Journal Letters
ＤＯＩ：10.3847/2041-8213/ae9607
発行日：2026年８月27日