太陽黒点はなぜ黒いのだろうか?

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1 太陽黒点はなぜ黒いのだろうか? 一本潔 京都大学飛騨天文台 第 2 回金環日食観測準備勉強会 2012 年 1 月 18 日 ( 土 ) 1611 年

2 太陽のシミ ( 黒点 )

3 太陽に棲むカラス!? 紀元前 350 最古の黒点記録 ( アテネ ) 紀元前 27 中国に黒点の記録 : 古代の中国 日本 韓国など 太陽の中に描かれた三足烏 高句麗の壁画 八咫烏 大日本名将鑑 より 神武天皇

4 太陽黒点の 再 発見 1608 年に オランダのメガネ職人によって天体望遠鏡が発明 1610~11 年望遠鏡による初めての太陽黒点観測 ヨハネス ファブリチウス ( オランダ ) ガリレオ ガリレイ ( イタリア ) クリストフェル シーナー ( ドイツ ) トーマス ハリオット ( イギリス )

5 クリストフェル シーナー ( ドイツ ) 太陽は汚れのない球でなければならない 黒点を太陽の外側を回る惑星と考えた

6 ガリレオ ガリレイ 1611 年望遠鏡で太陽黒点を観測 1612 年 7 月 2 日 ~21 日

7 ガリレオの洞察 黒点は太陽面にはり付いている 太陽は回転している 黒点は現れ合体したり 分裂 消滅したりする 太陽表面の 雲 のようなものか 太陽黒点に関する第 2 書簡 星界の報告 ( 岩波文庫 )

8 黒点は太陽表面にあいた穴? 暗部 半暗部 黒点はへこんでみえる (400~1000km) ウィルソン効果 (1769)

9 黒点はなぜ黒いのだろうか? 答えその 1 ー温度が低いから 物体の温度と明るさ 100 度 1000 度 3000 度 6000 度 度

10 黒点はなぜ黒いのだろうか? 19 世紀の考え方 穴が空いて太陽内部の低温部が見えている? 竜巻 によって塵が集まり表面を覆っている?

11 ガリレオから 400 年後の太陽ムービー

12 可視光でみた太陽光球 5800K 回転している黒点は東西に並んで群れをつくる黒点は生成消滅寿命 =1 週間 ~1 ヶ月 SoHO/MDI, 可視連続光 2001

13 20 世紀になって 黒点には 2 つの種類がある! 左回りの光 右回りの光

14 それは磁石の N 極と S 極だった! 太陽可視光域のスペクトル写真 (1908 年 へール ) 光の強度スペクトル 偏光でみたスペクトル 鉄の原子がつくる線スペクトルゼーマン効果 (1897 年実験室で発見 ): 光を出すガスに磁石を近づけると光が右回りや左回りに 偏光 する

15 黒点はしばしば対をなす ( 飛騨天文台 ) 特殊な光 Hα 線

16 黒点は強い磁力線の束が太陽面を貫くところ 磁場の強さ 1000~5000 ガウス 参考 : 地球の磁場 ~ 1 ガウス棒磁石 ~1000 ガウス

17 黒点の上空の磁場 X 線画像

18 黒点はなぜ黒いのだろうか? 20 世紀の考え方 穴が空いて太陽内部の低温部が見えている? 竜巻 によって塵が集まり表面を覆っている? 磁場を伝わってエネルギーが抜きとられて冷える? 磁場のせいで対流ができなくて温度が上がらない?

19 太陽観測衛星ひので ~ 宇宙からの最新太陽観測

20 黒点の構造 半暗部 粒状斑 暗部

21 太陽が明るく光っている理由 太陽の表面 ぶつぶつで被われている ( 粒状斑 ) これは 対流 の泡

22 太陽が明るく光っている理由 太陽の内部構造 対流 によって表面が 6000 度に保たれているから 太陽表面 粒状斑 提供 : 独立行政法人科学技術振興機構 提供 : 国立天文台 対流とは? 熱いガスが上昇 表面で光をだして冷える 冷たくなったガスが下降 太陽粒状斑速度 ~1km/s 時速 ~3600km/h

23 磁場のちから N S S N 磁石が浮く 電車が浮く ( リニアモーターカー )

24 黒点の構造 磁力線 黒点の中はガスが薄くなって深いところまで見通せる 対流 ガスが押しつける力 対流が押さえられて温度が下がる 磁場が膨らもうとする力

25 黒点はなぜ黒いのだろうか? 20 世紀の考え方 穴が空いて太陽内部の低温部が見えている? 竜巻 によって塵が集まり表面を覆っている? 磁場を伝わってエネルギーが抜きとられて冷える? 磁場のせいで対流ができなくて温度が上がらない? 正解!

26 黒点の温度はどれくらいだろうか? 物体の温度と色 100 度 1000 度 3000 度 6000 度 度 明るさや色を測ることで温度がわかる

27 黒点はどれほど黒いのだろうか? 明るさ ( 可視光 ) 温度 静穏領域 : 1.0 ~ 5800 度 半暗部 : ~ 5600 度 暗部 : 度 参考 : タングステンランプ : T < 3700K 実は黒点は結構 明るい * 暗闇のタングステンランプよりも明るい 何が黒点の中に熱を運んでいるのか? これも黒点を理解するために大事な問題!

28 黒点のなかにも対流はあった! やっぱり熱は表面に運ばれている

29 黒点の上空の磁場 磁場のなせる芸術!

30 黒点にはなぜ磁場があるのだろうか? 答え : 電流が流れているから 太陽は電流を生みだす発電装置 黒点は巨大な磁石

31 発電所は 風力水力火力 原子力 黒点は巨大な磁石 風や水や蒸気の運動エネルギーから電気をつくっている 太陽は 自分の回転や対流の運動エネルギーから電気を作る巨大な発電所

32 黒点を 1 コつくるのに必要な発電力 大きな黒点の磁場 ( 電流 ) がもつエネルギー ~ ジュール (1 ジュールは約 1/5 カロリー ) 1 週間で黒点をつくるための発電力 ジュール /( 7x24x3600 秒 ) = 1.6x ワット 原子力発電 1 機の発電力 ~ 50 万キロワット 必要な原発の数 / ~ ~ 3000 億機

33 捻れる黒点と巨大爆発 ( フレア ) G-band Ca H

34 黒点 (= 太陽発電所 ) のうねり

35 黒点の数は日によって違う 1989/09/ /01/16 提供 : 国立天文台三鷹

36 太陽の黒点数は約 11 年で変化する 黒点相対数

37 どっちの太陽が明るい? こっち 1989/09/ /01/16 提供 : 国立天文台三鷹

38 どっちの太陽が明るい? こっち 1989/08/ /01/16 提供 : 国立天文台三鷹

39 太陽の明るさも 11 年で変化していた! 地球の外までやってくる太陽光の 1m 2 あたりのエネルギー 太陽が観測史上最も暗くなる 黒点が多いときのほうが太陽は 0.1% くらい明るい

40 過去 400 年の黒点数 マウンダー極小機 太陽は今より 0.7% 程暗かった マウンダー極小期は小氷河期だった! テムズ川凍結

41 黒点の根っこ 黒点の磁場はどこに繋がっているのだろう?

42 黒点の下はどうなっているのだろう? 黒点の根は深い? それとも表面だけのもの? ~ 1Mm Monolith くらげモデル 仮説的対流熱を逃がす Parker, 1979, ApJ, 230,

43 震える黒点 太陽表面 ちょっと上空

44 黒点の下はどうなっているのだろう? (Zhao et al. 2001, NASA/ESA) 太陽の中を伝わる波 ( 地震ならぬ 陽震 ) をつかって内部を探る

45 黒点の下はどうなっているのだろう? (Zhao et al. 2001, NASA/ESA) 黒点直下の下降流 くらげモデルの傍証? 45

46 黒点の磁場はどこで作られているのか? ( 太陽の発電所はどこに隠れている?) 対流層と放射層の境界 ( 速度勾配層 ) = 太陽発電の現場 光球 コア 放射層 対流層 プロミネンス コロナ 彩層

47 黒点のできかた Schussler and Rempel, 2005, AA, 441, 337 太陽表面 対流層 磁力線の束 黒点 ガスのねじれ回転によって磁場が強まる = 発電効果 磁場の膨らむ効果によって浮き上がる 黒点ができる ガスの力で磁場弱まる 対流によって磁場はぐちゃぐちゃになる 黒点が消滅していく

48 ちょっと気になる話 相対黒点数 太陽活動 (= 発電の勢い ) がだんだん衰えてきている!?

49 黒点はだんだん明るくなっている? 黒点磁場の強さ 黒点の明るさ Watson 他 2011, A&A 49

50 2009年 3月22日 日経新聞 2008年 9月14日 毎日新聞 2008年 11月21日 朝日新聞

51 太陽はこの後黒点のない時代に 移行していくのではないだろうか 太陽発電所 休止 状態?

52 まとめ 太陽黒点はなぜ黒いのだろうか? 温度が低いから なぜ温度が低いのだろうか? 対流が押さえられているから なぜ対流が押さえられているのだろうか? 強い磁場があるから なぜ磁場があるのだろうか? 電流が流れているから なぜ電流が流れるのだろうか? 太陽の回転と対流運動が発電機しているから なぜ太陽の発電機の勢いは変化するのだろうか? よくわかっていません

53 最後に 黒点の明るさ 実は正確に測るのは難しい! そこで日食! 明るさ 月の影の黒さと比べて本当の明るさがわかる! 真っ黒 本当の明るさ みかけの明るさ 望遠鏡の中で発生する光の漏れ込み ( 散乱光 )

54 ご静聴ありがとうございました ひので

55 京都大学理学研究科附属天文台 飛騨天文台

56 北アルプスの麓標高 ~1200m

57 飛騨天文台

58 飛騨天文台 65cm 屈折望遠鏡 ドームレス太望遠鏡 (DST) 60cm 反射望遠鏡 太陽磁場活動望遠鏡 (SMART)

59 SMART 望遠鏡 飛騨天文台の 2 つの太陽望遠鏡 太陽全面 彩層速度場常時観測 爆発 噴出現象の監視 対流 磁場の大規模構造 ドームレス太陽望遠鏡 高分解能真空太陽望遠鏡 + 分光器 活動プラズマの詳細診断 CHAIN プロジェクトとして世界に展開 + 新装置による磁場 フレア観測 多波長偏光分光による新しいプラズマ診断の開拓

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