宇宙航空研究開発機構(JAXA)と国立天文台(NAOJ)の両者は6月23日、「富岳」とNAOJが運用する「アテルイII」という2基のスーパーコンピュータを用いたシミュレーションにより、太陽表面の爆発現象のフレアに関連するメカニズムとして、「磁気ヘリシティ」を供給する過程において、太陽内部の熱対流がこれまで考えられてきた以上に大きな影響を与えていることを突き止めたと共同で発表した。
同成果は、JAXA 宇宙科学研究所(ISAS)の鳥海森准教授、名古屋大学 宇宙地球環境研究所の堀田英之教授(研究当時は千葉大学大学院 理学研究院所属)、同・草野完也教授らの共同研究チームによるもの。詳細は、英オンライン総合学術誌「Scientific Reports」に掲載された。
これまで広く受け入れられてきたフレアの発生メカニズムは、以下の3段階からなるものだ。
- 対流層からねじれた磁力線の束である「磁束管」が浮上し、その結果として黒点が回転運動を示す
- コロナに磁気ヘリシティ(磁場のねじれ度合いを示す量)が供給される
- 磁気ヘリシティとして蓄積された磁場のエネルギーが、突発的に解放されることで生じる
しかし対流層内の光学観測は不可能なため、実際にどのように磁束管が浮上し、黒点が形成されるのかは未解明だ。特に、対流層の激しい熱対流が磁束に与える影響は、謎に包まれているという。そこで研究チームは今回、熱対流が磁束浮上・黒点形成に与える影響を調査するため、スパコンでの大規模数値シミュレーションを用いて、磁束管のねじれ強度を人工的に変化させることで、対流層から磁束管が浮上しを形成する様子を再現したという。
同シミュレーションの開始時には、ねじれゼロの磁束管を太陽表面から深さ約2万kmの領域に設定。すると、熱対流の上昇流によって押し上げられ、太陽表面に達すると、正極と負極の2つの黒点を形成する様子が確認された。これまで、磁束管が対流層の熱対流に打ち勝って太陽表面に達するには、ある程度ねじれている必要があると考えられてきたが、今回、磁束管はねじれが無くてもそれが起こりうることが明らかにされたのである。
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ねじれの無い磁束管が対流層を浮上し、太陽表面に黒点を形成する様子。(左)計算開始12時間後における磁場強度と太陽表面の明るさ。(右上)36時間後における太陽表面の明るさ。(右下)磁場強度。正極(白)・負極(黒)の黒点が形成された。(c)Toriumi et al. (2023)(出所:JAXA ISAS Webサイト)
