磁気流体シミュレーションを用いた太陽ダイナモの物理機構の解明

• Project/Area Number: 11J04531
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堀田 英之 東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 太陽 / ダイナモ / 磁気流体力学

Research Abstract

平成24年度(採用1年目)に、自身で開発した「音速抑制法」を用いて非常に高解像度で現実の太陽に忠実な熱対流をシミュレートした。太陽内部角速度の未解決の問題として、「表面勾配層」があった。日震学の成果により、太陽の表面直下に回転角速度の大きい層があるということが明らかになっておりこの層のことを表面勾配層と呼んでいる。この層の物理機構は、我々の研究の前までは明らかになっていなかった。観測困難な太陽内部の現象なので、その解決は数値計算に頼らざるを得ないが、表面勾配層の数値計算による再現は困難と考えられていた。表面勾配層は、太陽の中で回転の影響をあまり受けない小空間スケール・短時間スケールの乱流が維持しているだろうとこれまでに予測されていた。しかし、太陽の中で小スケールの乱流を分解するには多量の解像度を必要とするので、コストの高い計算となるのである。私の開発した「音速抑制法」では、並列計算機を効率よく使えるためにこれまでに比べ飛躍的に解像度をあげる事が可能になった。この方法を用いて高解像度の太陽対流層計算をおこない世界で初めて、表面勾配層を数値計算によって再現した。また、詳細な解析によってその維持機構を明らかにした。その結果は以下のようであった。回転の影響を受けた乱流が角運動量を運び差動回転を作る。そのことによる平均的なコリオリ力が子午面還流を誘起する。この子午面還流の動径方向の勾配により乱流の性質が変化する。性質の変化した乱流によって運ばれた運動量が表面勾配層の力のバランスに働いているというものである。この成果については、The Astrophysical Journalに投稿した。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] High-resolution calculations of the solar global convection with the reduced speed of sound technique : I. The structure of the convection and the magnetic field without the rotation (2014)
  • Author(s): H. Hotta, M. Rempel, and T. Yokoyama
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of turbulent diffusivity with direct numerical calculation of stellar convection (2012)
  • Author(s): H. Hotta, Y. Iida, and T, Yokoyama
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 751 Issue: 1 Pages: L9-L9
  • DOI: 10.1088/2041-8205/751/1/l9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic field intensification by three-dimensional explosion process (2012)
  • Author(s): H. Hotta, M. Reropel, and T. Yokoyama
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 759 Issue: 1 Pages: L24-L24
  • DOI: 10.1088/2041-8205/759/1/l24
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] eneration of twist on magnetic flux tubes at the base of the solar convection zon (2012)
  • Author(s): H. Hotta and T. Yokoyama
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 548 Pages: A74-A74
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201220108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Numerical calculation of convection with reduced speed of sound technique (2012)
  • Author(s): H.Hotta, M.Rempel, T.Yokoyama, Y.Iida, Y.Fan
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 539 Pages: A30-A30
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201118268
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modeling of differential rotation in rapidly rotating solar type-stars (2011)
  • Author(s): H.Hotta, T.Yokoyama
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 740 Issue: 1 Pages: 12-12
  • DOI: 10.1088/0004-637x/740/1/12
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 大規模数値計算による表面角速度勾配層の実現 (2014)
  • Author(s): 堀田英之
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学(東京都三鷹市)
  • Year and Date: 2014-03-22
• [Presentation] 音速抑制法を用いた高解像度太陽全球数値シミュレーション (2013)
  • Author(s): 堀田英之
  • Organizer: 日本流体力学会
  • Place of Presentation: 東京農工大学(東京都府中市)
  • Year and Date: 2013-09-13
• [Presentation] 太陽の差動経典シミュレーションで知る天体乱流の取り扱い (2013)
  • Author(s): 堀田英之
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2013-09-10
• [Presentation] Solar local dynamo in global scale (2013)
  • Author(s): 堀田英之
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県千葉市)
  • Year and Date: 2013-05-21
• [Presentation] 表面付近を含んだ球殼計算で明らかにする太陽内部熱対流構造 (2013)
  • Author(s): 堀田英之
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 埼玉大学(埼玉県)
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] 磁束浮上中のねじり生成機構に関する研究 (2012)
  • Author(s): 堀田英之
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 大分大学(大分県)
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] 音速抑制法を用いた太陽内部熱対流数値計算 (2012)
  • Author(s): 堀田英之
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2012-05-22
• [Presentation] 音速抑制法による太陽内部対流数値計算 (2012)
  • Author(s): 堀田英之、Matthias Rempel、横山央明、飯田佑輔、Yuhong Fan
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 龍谷大学、京都
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] 3次元磁気流体シミュレーションによる磁場増幅機構「エクスプロージョン」の研究 (2012)
  • Author(s): 堀田英之、Matthias Rempel、横山央明
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 龍谷大学、京都
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] 直接計算による乱流拡散強度の評価 (2011)
  • Author(s): 堀田英之、飯田佑輔、横山央明
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学、鹿児島
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 音速抑制法による太陽内部対流数値計算 (2011)
  • Author(s): 堀田英之、Matthias Rempel、横山央明、飯田佑輔、Yuhong Fan
  • Organizer: 日本流体力学会
  • Place of Presentation: 首都大学東京、東京
  • Year and Date: 2011-09-07
• [Presentation] Modeling of differential rotation of rapidly rotating stars (2011)
  • Author(s): H.Hotta, T.Yokoyama
  • Organizer: IUGG
  • Place of Presentation: Melbourne Convention & Exhibition Centre, Melbourne, Australia
  • Year and Date: 2011-07-05
• [Presentation] Parity of solar global magnetic field determined by turbulent diffusivity in solar flux-transport dynamo (2011)
  • Author(s): H.Hotta, T.Yokoyama
  • Organizer: IUGG
  • Place of Presentation: Melbourne Convention & Exhibition Centre, Melbourne, Australia(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-04
• [Presentation] 平均場モデルによる自転角速度の大きい恒星の差動回転の研究 (2011)
  • Author(s): 堀田英之、横山央明
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ、千葉
  • Year and Date: 2011-05-27
• [Remarks]
  • URL: http://www-space.eps.s.u-tokyo.ac.jp/~hotta/
• [Remarks]
  • URL: http://www-space.eps.s.u-tokyo.ac.jp/~hotta/
• [Remarks]
  • URL: http://www-space.eps.s.u-tokyo.ac.jp/~hotta/