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シミュレーション・観測から迫る太陽風駆動メカニズムの理解

研究課題

研究課題/領域番号 19J00567
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分17010:宇宙惑星科学関連
研究機関国立天文台

研究代表者

庄田 宗人  国立天文台, 太陽観測科学プロジェクト, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード太陽風 / プラズマ乱流 / 恒星X線放射 / 恒星紫外線放射 / 磁気流体数値計算 / 恒星風 / 太陽コロナ加熱 / 恒星進化論 / 磁気流体乱流 / コロナ加熱 / 恒星進化
研究開始時の研究の概要

地球や惑星は太陽から常に多大な影響を受けている。太陽からは電磁波だけでなく超音速のプラズマ流が恒常的に惑星に吹き付けられ、これを太陽風と呼ぶ。特に近年では太陽風が地球や惑星の居住環境に及ぼす影響が幅広く議論されている。太陽風が強すぎると地球の磁気圏が圧縮され、大気の流出や高エネルギー放射線の流入に繋がりかねない。生物がなぜ地球に居住できるか理解するためには、太陽風がどのようなメカニズムで駆動され、どのような歴史を経てきたか理解しなければならない。このような研究背景のもと、研究代表者はスーパーコンピュータによる大規模シミュレーションや最新探査機の観測結果を用いて太陽風の駆動メカニズムに迫る。

研究実績の概要

本年度は1.最新太陽風観測データ解釈に向けた大規模数値シミュレーション、2.太陽型星のXUV放射モデリングの二つの研究課題に取り組んだ。
NASAの新太陽風探査機Parker Solar Probeの驚くべき初期成果の一つが局所的磁気反転現象(磁気スイッチバック)の発見である。磁気スイッチバックはプラズマの性質上不安定な磁気構造を持っており、何故そのような構造が太陽風中に普遍的に存在できるか、その理論的解釈が求められた。私はこれまでの数値計算の実績を活かし、観測された太陽風を数値計算で再現することで磁気スイッチバックの形成メカニズムの理解に挑戦した。シミュレーションの結果、プラズマの波動(アルベーン波)が非線形的に成長することで自然と磁気スイッチバックが形成されることを示した。これは一見不安定に見える磁気スイッチバックは非線形段階まで視点を広げれば実は自然な構造であることを意味し、磁気スイッチバックの理解に大きなインパクトを与えた。
第二の課題として取り組んだ太陽型星のXUV放射は近年系外惑星研究において非常に重要視されている。太陽のような恒星(小質量主系列星)は強いX線、紫外線(両者合わせてXUV)を放っており、それらは惑星大気の成長、散逸、さらに惑星の居住可能性そのものに中心的な影響を与える。ところが恒星XUV放射(特に極端紫外線放射)は直接観測することが原理的にほぼ不可能であり、その特性を知るためには経験則を用いるしかなかった。そこで私は太陽XUV放射を第一原理的に再現できるような理論モデルを構築し、さらにそれを一般の恒星へと応用することで恒星XUV放射に関する普遍的スケーリング則を導出した。これを用いることで、観測可能量であるX線放射から観測不能量である極端紫外線放射を理論的に推定することが可能となり、今後の系外惑星研究に大きなインパクトを与えると期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (35件) (うち国際学会 18件、 招待講演 19件)

  • [国際共同研究] Center for Astrophysics/University of Colorado(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] CEA-Saclay/IRAP(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Exeter(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Trinity College Dublin(アイルランド)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Turbulent Generation of Magnetic Switchbacks in the Alfvenic Solar Wind2021

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito、Chandran Benjamin D. G.、Cranmer Steven R.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 915 号: 1 ページ: 52-52

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abfdbc

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Corona and XUV emission modelling of the Sun and Sun-like stars2021

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito、Takasao Shinsuke
    • 雑誌名

      Astronomy & Astrophysics

      巻: 656 ページ: A111-A111

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202141563

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Alfven-wave-driven Magnetic Rotator Winds from Low-mass Stars. I. Rotation Dependences of Magnetic Braking and Mass-loss Rate2020

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito、Suzuki Takeru K.、Matt Sean P.、Cranmer Steven R.、Vidotto Aline A.、Strugarek Antoine、See Victor、Reville Victor、Finley Adam J.、Brun Allan Sacha
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 896 号: 2 ページ: 123-123

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab94bf

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Three-dimensional Simulation of the Fast Solar Wind Driven by Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito、Suzuki Takeru Ken、Asgari-Targhi Mahboubeh、Yokoyama Takaaki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 880 号: 1 ページ: L2-L2

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ab2b45

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 太陽風研究:PSP, SOから次世代IPS観測へ2022

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      太陽研究者連絡会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] IPS観測を用いた太陽風モデルの検証2022

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Direct numerical simulations of MHD turbulence in the solar wind2021

    • 著者名/発表者名
      Munehito Shoda
    • 学会等名
      High-Energy Density Sciences (HEDS) 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Direct numerical simulation of the Alfvenic solar wind: a theoretical origin of magnetic switchback2021

    • 著者名/発表者名
      Munehito Shoda
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union (JpGU) meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Turbulent generation of magnetic switchbacks in the Alfvenic solar wind2021

    • 著者名/発表者名
      Munehito Shoda
    • 学会等名
      Parker One conference
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Parametric decay instability of Alfven wave and its role in the solar wind acceleration2021

    • 著者名/発表者名
      Munehito Shoda
    • 学会等名
      The Royal Astronomical Society's National Astronomy Meeting (NAM) 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Solar wind in time: rotation dependence of the stellar wind properties2021

    • 著者名/発表者名
      Munehito Shoda
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Turbulent generation of magnetic switchbacks in the Alfvenic solar wind2021

    • 著者名/発表者名
      Munehito Shoda
    • 学会等名
      Joint Scientific Assembly IAGA-IASPEI 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Seeking the origin of magnetic switchbacks and the acceleration mechanism of the solar wind2021

    • 著者名/発表者名
      Munehito Shoda
    • 学会等名
      AAPPS Division of Plasma Physics (DPP) conference 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct numerical simulation of the solar wind and its application to stellar wind2021

    • 著者名/発表者名
      Munehito Shoda
    • 学会等名
      The 30th International Toki Conference on Plasma & Fusion Research
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Modeling the corona and XUV emission of the Sun and Sun-like stars2021

    • 著者名/発表者名
      Munehito Shoda
    • 学会等名
      American Geophysical Union fall meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 太陽・太陽型星のXUV放射モデリング:光蒸発理論の発展に向けて2021

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      日本天文学会秋季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 太陽風シミュレーション:物理ベースの宇宙天気予報に向けて2021

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会(SGEPSS)講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 太陽風乱流の未解決問題2021

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 太陽型星のXUV放射モデリング2021

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      理論懇シンポジウム2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 太陽風乱流シミュレーション:直接数値計算はPSP観測にどこまで近付いたのか2021

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      CfCAユーザーズミーティング
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Turbulent generation of magnetic switchbacks: a direct numerical simulation2021

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      ISEE/ISAS symposium on Inner Heliosphere Study
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PSP時代の太陽風乱流シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      日本天文学会2021春期年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 太陽風モデルの未解決問題2021

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      ISEE研究集会「太陽地球圏環境予測のためのモデル研究の展望」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Three-dimensional MHD simulation of the fast solar wind acceleration2020

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      Association of Asia-Pacific Physical Societies Division of Plasma Physics Conference 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Compressional magnetohydrodynamic turbulence as a possible origin of magnetic switchbacks observed by Parker Solar Probe2020

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会年会2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Turbulent generation of magnetic switchbacks in the Alfvenic solar wind2020

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      Parker Solar Probe FIELDS weekly meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Three-dimensional MHD simulation of the heating and acceleration of solar winds2020

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      Max-Planck Princeton Center workshop 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Early results from Parker Solar Probe2020

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      太陽研究者連絡会シンポジウム2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Unsolved problems of solar wind turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      Japan Geophysical Union meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] First-principle simulation on mass- and angular-momentum losses of Sun-like stars2019

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      International Space Science Workshop "The solar and stellar wind connection: heating processes and angular momentum loss"
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高速太陽風の三次元磁気流体シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      RIMSワークショップ「宇宙惑星ジェットの数理」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional MHD simulation of the fast solar wind acceleration2019

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society annual meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A model of the fast solar wind driven by compressible MHD turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      ASTRONUM-2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 磁気流体乱流による天体プラズマ加熱2019

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      プラズマ科学のフロンティア2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Three-dimensional MHD simulation of the fast solar wind acceleration2019

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      Hinode-13/IPELS-2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] EUVSTで迫る太陽・恒星コロナ加熱問題2019

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      日本天文学会2019秋季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional simulation of the fast solar wind2019

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会年会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Some predictions for Parker Solar Probe from direct numerical simulation of the fast solar wind2019

    • 著者名/発表者名
      Shoda Munehito
    • 学会等名
      ISEE Workshop "New perspective of inner heliosphere studies ~ Toward Solar Cycle 25 ~"
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アルベーン波乱流による恒星コロナ加熱2019

    • 著者名/発表者名
      庄田宗人
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会年会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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