「ひので」とIRISがとらえた太陽コロナ加熱メカニズムの観測的証拠

【2015年8月24日 国立天文台】

太陽の表面温度は約6000度だが、外側に広がる太陽大気コロナは約100万度の高温ガスでできている。どのようなメカニズムでコロナの高温が維持されているのかはわかっておらず、「コロナ加熱問題」と呼ばれている。磁場の強い場所から特に強いX線が放射されているという観測結果から、コロナ加熱問題の謎を解く鍵は太陽の磁場にあると推測されている。

3種類の太陽全面像。黒点がある場所は磁場が強く、X線強度も高いことがわかる（提供：SOHO(ESA&NASA)/JAXA）

日本の太陽観測衛星「ひので」のこれまでの観測で、磁力線を伝播する波動「アルベン波」がとらえられており、波動が太陽大気中に満ち溢れていることが明らかになっている（参照：「「ひので」の成果が、科学雑誌「サイエンス」の特集と表紙に！」）。アルベン波はコロナを高温に保つエネルギーをじゅうぶんに持っているが、高温を維持するには波のエネルギーが熱エネルギーへと変換されなければならない。

JAXA宇宙科学研究所および名古屋大学の岡本丈典さんと国立天文台のパトリック・アントリンさんらの研究チームは、エネルギーの変換過程を明らかにするため、「ひので」とNASAの太陽観測衛星「IRIS」で観測したプロミネンスのデータを解析した。その結果、プロミネンスの温度が1万度から少なくとも10万度へ上がる様子が明らかにされた。プロミネンスの多くが波動を伴っており、波動が加熱に寄与していることが示された。

また、「ひので」がとらえたプロミネンスを構成する磁力線の上下振動とIRISがとらえた奥行き方向の運動とを比較すると、振動の最上点と最下点で速度が最大、中心で速度がゼロになっており、通常想定される振動パターン（最上点と最下点で速度ゼロ、中心で速度最大）とは異なるものであることがわかった。

「ひので」がとらえたプロミネンス。囲み内はプロミネンスの動きで、プロミネンスが最上点・最下点に達した時に奥行き速度が最大、中心位置にあるときは速度ゼロであることがわかる（提供：JAXA/国立天文台）

この特異な動きの原因を明らかにするため国立天文台のスーパーコンピュータ「アテルイ」を用いて数値シミュレーションを行ったところ、「共鳴吸収」と呼ばれるメカニズムでプロミネンスの振動エネルギーがプロミネンス表面の運動に変換される様子が再現された。プロミネンスの上下振動と表面の運動によって生じる乱流（無数の小さな渦）は、波のエネルギーを熱エネルギーに変換させる上で非常に重要なものだ。共鳴吸収とそれに関連する現象により、プロミネンスの加熱や特異な振動パターンなど観測された特徴が矛盾なく説明できたと言える。

「ひので」とIRISの観測、および「アテルイ」によるシミュレーションから、波動の熱化現場を太陽コロナ中でとらえることに世界で初めて成功した。波のエネルギーから熱エネルギーへの変換過程を実証的に調べることが可能であると示した意義は大きく、今後、波動によるコロナ加熱問題解明への研究が進むと期待される。