2020 Fiscal Year Research-status Report
太陽磁場の状態遷移：電磁流体計算で探る太陽活動のグランドミニマムへのトリガー
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18K03700
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| Research Institution | Aichi University of Education |
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Principal Investigator |
政田 洋平 愛知教育大学, 教育学部, 准教授 (30590608)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 対流 / ダイナモ / 太陽 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、電磁流体（MHD）計算で太陽活動のグランドミニマムの背後に潜む物理を探ることである。系の粘性と熱拡散、回転率の大きさをパラメトリックに変化させることで、熱対流が担う乱流起電力の「揺らぎの振幅」を変化させ、乱流場の統計的性質とグランドミニマムモードの発現の関係を定量物理的に調べる。太陽磁場の状態遷移のトリガーとなる乱流場の時空間構造を同定することが本研究の最終目標である。
R2年度までの研究で、局所駆動型MHD熱対流と冷却駆動型MHD熱対流では、(i)乱流輸送の空間分布に顕著な違いが生じること、(ii)前者が担う乱流輸送は勾配拡散型の理論モデルで記述できる一方、後者が担う乱流輸送を記述できる理論が存在しないこと、(iii)対流スペクトルの面からは、後者の方が観測（太陽表面熱対流観測）と整合的であること、を明らかにしていた。太陽内部熱対流とその帰結としての太陽磁場の状態遷移を理解するためには、冷却駆動型MHD熱対流の物理を定量的に理解する必要がある。今年度は、冷却駆動型熱対流の乱流輸送を記述する理論モデルについて考察を進め、勾配拡散型モデルに、下降流プルームが担う「構造揺らぎ」の運動エネルギーの移流効果を補正項として加えることで、冷却駆動型熱対流の乱流輸送をモデル化できることを明らかにした。本研究成果は、現在投稿論文としてまとめている最中（Masada, Takiwaki & Yokoi 2021, in prep.）であり、R3年度の前半には投稿できる予定である。
※局所駆動型・・・super-adiabaticitiy > 0 のシステムで駆動される熱対流
※冷却駆動型・・・super-adiabaticity = 0 だが表面冷却にともなうエントロピー損失で駆動される熱対流
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
申請段階では太陽熱対流は局所駆動型だと考えていたが、R2年度までの研究で、局所駆動型ではなく冷却駆動型だと考える必要があることがわかってきた。局所駆動型の熱対流と冷却駆動型の熱対流では、乱流輸送の性質（具体的には、動径方向の乱流輸送プロファイル）が大きく異なっており、その違いは熱対流の帰結としてのMHDダイナモにも大きな影響を及ぼすと考えられる。太陽磁場とその状態遷移の起源について理解するためには「冷却駆動型」の熱対流中での磁場の進化、ダイナモ、その「時空感揺らぎ」を調べる必要があるが、コロナ禍の影響で本務に忙殺され、当該シミュレーション研究を思うように進めることができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は、ボックスモデルで熱対流ダイナモ計算を行う計画である。当初計画では、局所駆動型の熱対流モデルを想定していたが、その計画を修正し、冷却駆動型熱対流の場合のダイナモについて詳しく調査する予定である。これは、R2年度までの研究で、局所駆動型よりもむしろ冷却駆動型の方が太陽の熱対流モデルとしては適切であることがわかったためである。冷却駆動型の熱対流ダイナモモデルでレイリー数(Ra数)とロスビー数をパラメトリックに変化させることで、励起されるダイナモモードやモー ド間遷移に及ぼすRa数およびロスビー数の影響を調査する。
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| Causes of Carryover |
当初、国際会議招待公演のための海外渡航2件を予定していたが、両国際会議がコロナ禍の影響で延期されたため、海外旅費に充てる予定だった費用が使用できなかった。同様の理由で国内会議の旅費も使用できなかった。また論文出版費用に充てるはずだった分も、コロナ禍で論文執筆が思うように進まなかったため使用できなかった。以上より、次年度使用額が発生した。R3年度も、海外渡航は難しいと判断されるため、次年度使用額の大半は、論文の出版費用に充てる予定である。また、オンラインの研究環境を整えるための機材の購入にも一部使用したいと考えている。
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