高精度偏光観測で初めてえられる、量子論的ハンレ効果を用いた太陽彩層磁場構造の研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24340040
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 鹿野 良平 国立天文台, SOLAR-C準備室, 准教授 (70321586)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 太陽物理 / 国際協力 / ロケット / プラズマ・核融合 / ハンレ効果

Outline of Annual Research Achievements

本研究費では、太陽の彩層～遷移層が放つライマンα輝線の直線偏光を世界で初めて観測し、ハンレ効果によりその磁場情報を得ることを目的とした観測ロケット実験CLASP(Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter)を進めている。平成２６年度に組立と性能評価がほぼ完了したCLASP観測装置に対して、平成２７年４月、宇宙科学研究所での振動試験を実施した。CLASPはNASA観測ロケットを使っての実験ながら、主に日本で装置が開発されるため、米国ロケット発射場での最終振動試験とほぼ同等の試験を米国への装置輸送前に実施することで、要対処箇所を事前に発見するための試験であった。実際、この振動試験にて、分光器カメラと太陽指向センサーエレキに、ケーブルと構造の干渉箇所が見つかり、米国での噛合せ試験と並行して対応することができた。また、ここで取得した観測装置の振動応答特性は、最終振動試験での合否判定に不可欠な指標となった。その結果、平成２７年９月３日に実施した観測ロケット実験を成功に導き、太陽ライマンα線の偏光を世界で初めて観測した。
この観測で得られたライマンα線の偏光スペクトルは、0.1%と真空紫外線としては極めて高精度で、原子偏光モデルで予想していた傾向と概ね一致するものであることが確認できた。但し、1, 磁場によるハンレ効果に感度のあるライマンα線中心では、太陽の縁に近づくにつれて直線偏光が強くなるという散乱偏光の基本的性質が見られず、また、2, 偏光には10～20秒角程度の複雑な空間構造があることが判るなど、予想を超えた様相が明らかとなった。ロケット実験実施直後の平成２７年９月の国際会議"9th Hinode Science Meeting"で、研究代表者の鹿野が、日米欧からなるCLASP計画メンバーを代表して、これらの観測結果を速報し、世界的にも注目されている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

観測ロケット実験CLASPの米国での打上げは、研究計画調書の想定から若干(数か月)のみの遅延で完了することができた。特に、本研究費で開発を進めていた真空紫外用偏光分光装置は、元々可視光用装置にくらべ開発難度は高いものの、最終的には事前の地上較正試験とフライト中の太陽中心での機上較正観測の両方を使用することによって、必要としていた0.1%の偏光精度の達成が確認され、開発を成功裡に完了できた。それにより、世界で初めて、太陽ライマンα線の散乱偏光を観測し、その振舞いを明らかにしつつある。
観測されたライマンα線の偏光データは想像を超えて多彩であり、想定していた単純な太陽大気モデルに基く簡便な手法のみでは彩層・遷移層磁場の情報抽出に困難があることも判った。しかし、偏光線輪郭形成モデルに長けたスペインの研究協力者とは、当初よりCLASP計画および本研究を共同して推進してきており、引続き共同してデータ解析を進めていくことでこれに対応することができる。またこれは、高精度偏光観測が単なる磁場導出ツールではなく、太陽大気モデルの精緻化に対して、分光観測以上に有用な情報を提供できる可能性も示している。
以上のことからおおむね順調に進展していると評価した。

Strategy for Future Research Activity

CLASPによるライマンα線の高精度偏光観測により、1, 磁場によるハンレ効果に感度のあるライマンα線中心では、太陽の縁に近づくにつれて直線偏光が強くなるという散乱偏光の基本的性質が観られず、また、2, 偏光には10～20秒角程度の複雑な空間構造があることが判るなど、予想を超えた様相が明らかとなった。これらは、彩層・遷移層の複雑な空間構造による輻射場の局所的な非等方性が、大局的構造を打ち消すほど大きな偏光を生むためと考えられるため、偏光線輪郭形成モデルに長けたTrujillo Bueno(研究協力者)らスペインのチームと協力して、ライマンα線の散乱偏光特性と、そこに潜んだハンレ効果を明らかにする。最終的に、査読論文として成果をまとめる。

Causes of Carryover

本研究費にて主に真空紫外線偏光分光装置開発を進めてきた観測ロケット実験CLASPは、目標としていた偏光精度0.1%を達成するものとして平成２７年春に観測装置が完成し、同年９月３日にNASA観測ロケットに搭載されて成功裡に実施された。ロケットの飛翔も観測装置の動作も完璧で、太陽彩層からのライマンα輝線の高精度偏光分光観測に世界で初めて成功した。ただし、この観測により得られた偏光スペクトルには、太陽大気の成層構造による散乱偏光の大局構造が当初予想通りに現れていたものの、太陽表面構造に依存した局所構造も顕著なことが新たに判り、磁場抽出以前に表面構造毎の偏光特性の解析が必要となったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

ライマンα輝線偏光における想定を超えた様相は、彩層・遷移層の複雑な空間構造による輻射場の局所的な非等方性が、大局的構造を打ち消すほど大きな偏光を生むためと考えられる。そのため、偏光線輪郭形成モデルに長けたTrujillo Bueno(研究協力者)らスペインのチームとの共同研究により、特に局所的な太陽大気構造に着目して、その構造が持つ輻射場の非等方性とそれでできる散乱偏光をモデルと比較することで、観測されたライマンα線の散乱偏光特性と、そこに潜んだハンレ効果を明らかにする。以下に主な経費の使用予定を示す。
・スペイン-カナリア諸島天体物理学研究所への渡航: CLASPデータ解析での共同研究。
・米国天文学会Solar Physics Division Meetingへの参加: CLASP科学成果の発表。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASAマーシャル宇宙飛行センター/アラバマ大学ハンツビル校/スタンフォード-ロッキード研究所(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NASAマーシャル宇宙飛行センター/アラバマ大学ハンツビル校/スタンフォード-ロッキード研究所
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] カナリア諸島天体物理学研究所(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: カナリア諸島天体物理学研究所
• [Int'l Joint Research] 宇宙天体物理学研究所/フランス国立宇宙研究センター(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: 宇宙天体物理学研究所/フランス国立宇宙研究センター
• [Int'l Joint Research] オスロ大学(ノルウェー)
  • Country Name: NORWAY
  • Counterpart Institution: オスロ大学
• [Journal Article] Development of a Precise Polarization Modulator for UV Spectropolarimetry (2015)
  • Author(s): Ishikawa, S., Shimizu, T., Kano, R., Bando, T., Ishikawa, R., Giono, G., Tsuneta, S., Nakayama, S., Tajima, T.
  • Journal Title: Solar Physics Volume: 290 Pages: 3081-3088
  • DOI: 10.1007/s11207-015-0774-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Overview of a series of CLASP sounding rocket projects: successful result of CLASP1 and plan for CLASP2 (2016)
  • Author(s): Narukage, N., Cirtain, J., Ishikawa, R., Trujillo Bueno, J., De Pontieu, B., Kubo, M., Ishikawa, S., Kano, R., Bando, T., Suematsu, Y., Giono, G., Yoshida, M., Kobayashi, K., Winebarger, A., Asensio Ramos, A., del Pino Aleman, T., Stepan, J., Belluzzi, L., Larruquert, J., Auchere, F., Leenaarts, J., Carlsson, M.
  • Organizer: The 41st COSPAR Scientific Assembly
  • Place of Presentation: Istanbul, Turkey
  • Year and Date: 2016-07-30 – 2016-08-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Current State of UV Spectro-Polarimetry and its Future Direction (2016)
  • Author(s): Ishikawa, R., Kano, R., Winebarger, A., Cirtain, J., Auchere, F., Trujillo Bueno, J., Narukage, N., Kubo, M., Ishikawa, S., Katsukawa, Y., Bando, T., Giono, G., Hara, H., Suematsu, Y., Yoshida, M., Shimizu, T., Sakao, T., Tsuneta, S., Ichimoto, K., Goto, M., Kobayashi, K., De Pontieu, B., Asensio Ramos, A., 他
  • Organizer: The 41st COSPAR Scientific Assembly
  • Place of Presentation: Istanbul, Turkey
  • Year and Date: 2016-07-30 – 2016-08-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In-flight performance of the polarization modulator in the CLASP rocket experiment (2016)
  • Author(s): Ishikawa, S., Shimizu, T., Kano, R., Bando, T., Ishikawa, R., Giono, G., Beabout, D., Beabout, B., Nakayama, S., Tajima, T., and the CLASP team
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes+Instrumentation
  • Place of Presentation: Edinburgh, UK
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical alignment of the Chromospheric Lyman-Alpha SpectroPolarimeter using sophisticated methods to minimize activities under vacuum (2016)
  • Author(s): Giono, G., Katsukawa, Y., Ishikawa, R., Narukage, N., Kano, R., Kubo, M., Ishikawa, S., Bando, T., Hara, H., Suematsu, Y., Winebarger, A., Kobayashi, K., Auchere, F., Trujillo Bueno, J.
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes+Instrumentation
  • Place of Presentation: Edinburgh, UK
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The chromosphere and transition region as seen with CLASP (2016)
  • Author(s): Ishikawa, R., and CLASP team
  • Organizer: IRIS-6: The Chromosphere
  • Place of Presentation: Stockholm, Sweden
  • Year and Date: 2016-06-20 – 2016-06-23
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Initial Results of Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter (CLASP) (2016)
  • Author(s): Ishikawa, R., Kano, R., Winebarger, A., Auchere, F., Trujillo Bueno, J., Narukage, N., Kobayashi, K., Bando, T., Katsukawa, Y., Kubo, M., Ishikawa, S., Giono, G., Hara, H., Suematsu, Y., Shimizu, T., Sakao, T., Tsuneta, S., Ichimoto, K., Goto, M., Cirtain, J., De Pontieu, B., Casini, R., Manso Sainz, R., 他
  • Organizer: ALMA-IRIS-DKIST Workshop
  • Place of Presentation: Boulder, USA
  • Year and Date: 2016-03-15 – 2016-03-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 太陽Lymanα線偏光分光観測ロケット実験CLASPでの彩層散乱偏光観測 (2016)
  • Author(s): 鹿野良平, 成影典之, 石川遼子, 久保雅仁, 勝川行雄, Giono, G., 坂東貴政, 原 弘久, 末松芳法, 石川真之介, 清水敏文, 坂尾太郎, 後藤基志, 一本 潔, Winebarger, A., Kobayashi, K., Trujillo Bueno, J., Auchere, F., 他CLASPチーム
  • Organizer: 日本天文学会2016年春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京 (東京都八王子市)
  • Year and Date: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [Presentation] CLASP/SJで捉えた太陽彩層に偏在し高速で伝播する準周期的振動現象 (2016)
  • Author(s): 久保雅仁, 勝川行雄, 末松芳法, 鹿野良平, 坂東貴政, 原 弘久, 成影典之, 石川遼子, Giono, G., 石川真之介, 常田佐久, Winebarger, A., Kobayashi, K., Trujillo Bueno, J., Auchere, F.
  • Organizer: 日本天文学会2016年春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京 (東京都八王子市)
  • Year and Date: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [Presentation] CLASPが捉えた太陽ライマンα線偏光スペクトルの時間変化 (2016)
  • Author(s): 成影典之, 鹿野良平, 石川遼子, 久保雅仁, 勝川行雄, Giono, G., 坂東貴政, 原 弘久, 末松芳法, 飯田佑輔, 石川真之介, 清水敏文, 坂尾太郎, 常田佐久, Winebarger, A., Kobayashi, K., Trujillo Bueno, J., Auchere, F., CLASPチーム
  • Organizer: 日本天文学会2016年春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京 (東京都八王子市)
  • Year and Date: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [Presentation] 太陽ライマンアルファ線偏光分光観測ロケット CLASP 飛翔時の波長板モーターの性能 (2016)
  • Author(s): 石川真之介, 清水敏文, 鹿野良平, 坂東貴政, 石川遼子, Giono, G., Beabout, D., Beabout, E., 中山聡, 田島祟男, 他CLASPチーム
  • Organizer: 日本天文学会2016年春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京 (東京都八王子市)
  • Year and Date: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [Presentation] 観測ロケット実験CLASPが得たライマンα線での散乱偏光とその空間構造 (2016)
  • Author(s): 鹿野良平, 成影典之, 石川遼子, 久保雅仁, 勝川行雄, G. Giono, 坂東貴政, 原 弘久, 末松芳法, 石川真之介, 清水敏文, 坂尾太郎, 後藤基志, 一本 潔, A. Winebarger, K. Kobayashi, J. Trujillo Bueno, F. Auchere, 他CLASPチーム
  • Organizer: 太陽研連シンポジウム「ひので10年目の成果とSolar-Cを柱とする太陽研究の新展開」
  • Place of Presentation: 国立天文台 (東京都三鷹市)
  • Year and Date: 2016-02-15 – 2016-02-17
• [Presentation] 太陽ライマンα線偏光分光観測ロケット実験CLASPの観測報告 (2016)
  • Author(s): 鹿野 良平, CLASPチーム
  • Organizer: 「プラズマ科学における分光計測の高度化と原子分子過程研究の新展開」「原子分子データ応用フォーラムセミナー」合同研究会
  • Place of Presentation: 核融合研究所 (岐阜県土岐市)
  • Year and Date: 2016-01-27 – 2016-01-29
• [Presentation] 太陽ライマンα線偏光分光観測ロケット実験CLASPの観測報告 (2016)
  • Author(s): 鹿野良平, 成影典之, 石川遼子, 久保雅仁, 勝川行雄, Gabriel Giono, 坂東貴政, 原弘久,末松芳法, 石川真之介, 清水敏文, 坂尾太郎, 後藤基志, 一本潔, Amy Winebarger, Ken Kobayashi, Javier Trujillo Bueno, Frederic Auchere, CLASPチーム
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] 太陽 Lyα 線偏光分光観測ロケット CLASP 飛翔時の波長板モーターの性能 (2016)
  • Author(s): 石川真之介, 清水敏文, 鹿野良平, 坂東貴政, 石川遼子, G. Giono, D. Beabout, B. Beabout, 中山聡, 田島崇男, 他CLASPチーム
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] CLASPが捉えた太陽ライマンα線偏光スペクトルの時間変化 (2016)
  • Author(s): 成影典之, 鹿野良平, 石川遼子, 久保雅仁, 勝川行雄, G. Giono, 坂東貴政, 原 弘久, 末松芳法, 飯田佑輔, 石川真之介, 清水敏文, 坂尾太郎, 常田佐久, A. Winebarger, K. Kobayashi, J. Trujillo Bueno, F. Auchere, CLASPチーム
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] 太陽彩層・遷移層の磁場導出 (2016)
  • Author(s): 石川遼子, 鹿野良平, 成影典之, 久保雅仁, 勝川行雄, G. Giono, 坂東貴政, 原 弘久, 末松芳法, 石川真之介, 常田佐久, A. Winebarger, K. Kobayashi, J. Trujillo Bueno, F. Auchere, CLASPチーム
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] 太陽彩層に偏在し高速で伝播する準周期的振動現象 (2016)
  • Author(s): 久保雅仁, 勝川行雄, 末松芳法, 鹿野良平, 坂東貴政, 原 弘久, 成影典之, 石川遼子, G. Giono, 石川真之介, 常田佐久, A. Winebarger, K. Kobayashi, J. Trujillo Bueno, F. Auchere
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [Presentation] Initial Results of Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter (CLASP) (2015)
  • Author(s): Ishikawa, R., Kano, R., Winebarger, A., Auchere, F., Trujillo Bueno, J., Narukage, N., Kobayashi, K., Bando, T., Katsukawa, Y., Kubo, M., Ishikawa, S., Giono, G., Hara, H., Suematsu, Y., Shimizu, T., Sakao, T., Tsuneta, S., Ichimoto, K., Goto, M., Cirtain, J., De Pontieu, B., Casini, R., Manso Sainz, R., 他
  • Organizer: Asia-Pacific Solar Physics Meeting (APSPM) 2015
  • Place of Presentation: Seoul, Rep. of Korea
  • Year and Date: 2015-11-03 – 2015-11-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter (CLASP) (2015)
  • Author(s): Kano, R., Winebarger, A., Auchere, F., Trujillo Bueno, J., Narukage, N., Ishikawa, R., Kobayashi, K., Bando, T., Katsukawa, Y., Kubo, M., Ishikawa, S., Giono, G., Hara, H., Suematsu, Y., Shimizu, T., Sakao, T., Tsuneta, S., Ichimoto, K., Goto, M., Cirtain, J., De Pontieu, B., Casini, R., Manso Sainz, R., 他
  • Organizer: 9th Hinode Science Meeting
  • Place of Presentation: Belfast, Northern Ireland
  • Year and Date: 2015-09-14 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] CLASP: reaching below the 0.1% polarization sensitivity (2015)
  • Author(s): Giono, G., IGiono, G., Ishikawa, R., Narukage, N., Kano, R., Katsukawa, Y., Kubo, M., Ishikawa, S., Bando, T., Hara, H., Suematsu, Y., Winebarger, A., Kobayashi, K., Auchere, F., Trujillo Bueno, J.
  • Organizer: 9th Hinode Science Meeting
  • Place of Presentation: Belfast, Northern Ireland
  • Year and Date: 2015-09-14 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CLASP: a UV spectropolarimeter on a sounding rocket for probing the chromosphere-corona transition region (2015)
  • Author(s): Ishikawa, R., Kano, R., Winebarger, A., Auchere, F., Trujillo Bueno, J., Bando, T., Narukage, N., Kobayashi, K., Katsukawa, Y., Kubo, M., Ishikawa, S., Giono, G., Tsuneta, S., Hara, H., Suematsu, Y., Shimizu, T., Sakao, T., Ichimoto, K., Cirtain, J., De Pontieu, B., Casini, R., Manso Sainz, R., Asensio Ramos, A., 他
  • Organizer: IAU General Assembly 29
  • Place of Presentation: Honolulu, USA
  • Year and Date: 2015-08-03 – 2015-08-14
  • Int'l Joint Research / Invited