彩層磁場計測と深層学習を駆使した太陽コロナ加熱研究

• 研究課題/領域番号: 20K04019
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 岡本 丈典 国立天文台, SOLAR-Cプロジェクト, 助教 (70509679)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: ロケット観測 / 太陽 / 彩層 / 磁場 / ゼーマン効果 / 紫外線 / 偏光分光 / 観測ロケット / CLASP2 / 太陽観測衛星 / IRIS / 波動 / 観測ロケット実験 / CLASP2.1 / 太陽彩層 / 偏光分光観測 / 電離マグネシウム線 / 磁場計測 / ハンレ効果 / 散乱偏光 / コロナ加熱 / 機械学習

研究開始時の研究の概要

太陽観測研究の主題の 1つ「コロナ加熱問題」の解明に向けて、彩層磁場計測と深層学習を駆使した研究を行う。彩層磁場計測はコロナ加熱に大きく寄与していると考えられている波動の性質の理解に不可欠である。また、その波動は太陽面の磁気活動（場所）ごとに異なる顔を持っており、包括的に理解するには膨大な太陽観測データを用いて波動を検出・解析する必要がある。深層学習はその手段であり、これによって波動の統計的理解を目指す。

研究成果の概要

太陽観測ロケット実験 CLASP2, CLASP2.1 の実施と得られたデータの解析から、太陽彩層の異なる3つの高度での磁場強度の導出に成功し、太陽彩層磁場の立体構造を世界で初めて観測から明らかにした。また、導出した磁場の時間変化の有用性について慎重な解析と議論を行い、CLASP2光学系では波動などの事象に基づく磁場強度の変化を検出することができないと結論付けた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

太陽大気の中でも彩層は非常に活動的な層であり、その磁気的振る舞いが太陽大気における様々な現象の源となっている。よって、彩層の磁場構造を明らかにすることは、地球へも少なからず影響を及ぼすフレアの発生や太陽風の性質を理解することにつながる。今回の成果は、太陽表面からコロナへとつながる未知の磁場構造を解き明かした点、また、我々が開発した観測技術が彩層磁場構造の研究に有効であることを実証した点で画期的である。

研究成果

• [国際共同研究] NASA Marshall Space Flight Center/NOAA/NCAR/LMSAL(米国)
• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)
• [国際共同研究] Institut d’Astrophysique Spatiale(フランス)
• [国際共同研究] Astron. Inst. of Czech Academy of Sci.(チェコ)
• [国際共同研究] KASI(韓国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Lockheed Martin/NASA Marshall Space Flight Center/NOAA(米国)
• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias/Universidad de La Laguna(スペイン)
• [国際共同研究] Institut d’Astrophysique Spatiale(フランス)
• [国際共同研究] KASI(韓国)
• [国際共同研究] Academy of Sciences(チェコ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] NASA MSFC/NOAA/LMSAL(米国)
• [国際共同研究] IAS(フランス)
• [国際共同研究] IAC(スペイン)
• [国際共同研究] Czech Academy of Sciences(チェコ)
• [国際共同研究] KASI(韓国)
• [国際共同研究] NASA Marshall Space Flight Center/NOAA/NCAR/LMSAL(米国)
• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)
• [国際共同研究] Institut d’Astrophysique Spatiale(フランス)
• [国際共同研究] University of Oslo(ノルウェー)
• [国際共同研究] Istituto Ricerche Solari Locarno(スイス)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Evidence for the Operation of the Hanle and Magneto-optical Effects in the Scattering Polarization Signals Observed by CLASP2 across the Mg II h and k Lines (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryohko Ishikawa, Javier Trujillo Bueno, Ernest Alsina Ballester, Luca Belluzzi, Tanausu del Pino Aleman, David E. McKenzie, Frederic Auchere, Ken Kobayashi, Takenori J. Okamoto, Laurel A. Rachmeler, Donguk Song
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 945 号: 2 ページ: 125-125
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acb64e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tomography of a Solar Plage with the Tenerife Inversion Code (2023)
  • 著者名/発表者名: Hao Li, Tanausu del Pino Aleman, Javier Trujillo Bueno, Ryohko Ishikawa, Ernest Alsina Ballester, David E. McKenzie, Frederic Auchere, Ken Kobayashi, Takenori J. Okamoto, Laurel A. Rachmeler, Donguk Song
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 945 号: 2 ページ: 144-144
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acb76e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polarization Accuracy Verification of the Chromospheric LAyer SpectroPolarimeter (2022)
  • 著者名/発表者名: Donguk Song, Ryohko Ishikawa, Ryouhei Kano, David E. McKenzie, Javier Trujillo Bueno, Frederic Auchere, Laurel A. Rachmeler, Takenori J. Okamoto, Masaki Yoshida, Ken Kobayashi, Christian Bethge, Hirohisa Hara, Kazuya Shinoda, Toshifumi Shimizu, Yoshinori Suematsu, Bart De Pontieu, et al.
  • 雑誌名: Solar Physics 巻: 297 号: 10
  • DOI: 10.1007/s11207-022-02064-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quiet Sun Center to Limb Variation of the Linear Polarization Observed by CLASP2 Across the Mg II h and k Lines (2022)
  • 著者名/発表者名: L. A. Rachmeler, J. Trujillo Bueno, D. E. McKenzie, R. Ishikawa, F. Auchere, K. Kobayashi, R. Kano, T. J. Okamoto, C. W. Bethge, D. Song, E. Alsina Ballester, L. Belluzzi, T. del Pino Aleman, A. Asensio Ramos, M. Yoshida, T. Shimizu, A. Winebarger, A. R. Kobelski, G. D. Vigil, B. De Pontieu, N. Narukage, et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 936 号: 1 ページ: 67-67
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac83b8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mapping solar magnetic fields from the photosphere to the base of the corona (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, J. Trujillo Bueno, T. del Pino Aleman, T. J. Okamoto, D. E. McKenzie, F. Auchere, R. Kano, D. Song, M. Yoshida, L. A. Rachmeler, K. Kobayashi, H. Hara, M. Kubo, N. Narukage, T. Sakao, T. Shimizu, Y. Suematsu, C. Bethge, B. De Pontieu, A. Sainz Dalda, D. V. Genevieve, A. Winebarger et al.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 8 ページ: 8-8
  • DOI: 10.1126/sciadv.abe8406
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optical design of the Chromospheric LAyer Spectro-Polarimeter (CLASP2) (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuzuki, R. Ishikawa, R. Kano, N. Narukage, D. Song, M. Yoshida, F. Uraguchi, T. J. Okamoto, D. McKenzie, K. Kobayashi, L. Rachmeler, F. Auchere, J. Trujillo Bueno
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11444 ページ: 139-139
  • DOI: 10.1117/12.2562273
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Demonstration of Chromospheric Magnetic Mapping with CLASP2.1 (2023)
  • 著者名/発表者名: D. McKenzie, R. Ishikawa, J. Trujillo Bueno, F. Auchere, K. Kobayashi, A. Winebarger, R. Kano, D. Song, T. J. Okamoto, A. Kobelski, L. Rachmeler, B. De Pontieu, G. Vigil, L. Belluzzi, E. Alsina Ballester, T. del Pino Aleman, C. Bethge, T. Sakao, J. Stepan
  • 学会等名: 54th Meeting of the Solar Physics Division
  • 国際学会
• [学会発表] Temporal variation of magnetic field strength with CLASP2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Joten Okamoto
  • 学会等名: CLASP 2.1 Science Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Challenges to the Solar Coronal Heating Problem by Satellite Observations and Rocket Experiments (2023)
  • 著者名/発表者名: Joten Okamoto
  • 学会等名: APRIM 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3D mapping of the magnetic field in the whole atmosphere of an active region plage using spectropolarimetric observations with CLASP2.1 and Hinode (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, D. McKenzie, J. Trujillo Bueno, F. Auchere, D. Song, T. J. Okamoto, R. Kano, K. Kobayashi, A. Kobelski, G. Vigil, A. Winebarger, L. Rachmeler, C. Bethge, E. Alsina Ballester, T. del Pino Aleman, H. Li, B. De Pontieu, L. Belluzzi, T. Sakao, J. Stepan
  • 学会等名: Hinode-16/IRIS-13 science meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Are There Any Differences in the Chromosphere of Coronal Holes and Quiet-Sun ? (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Tei, S. Gunar, J. Okamoto
  • 学会等名: Hinode-16/IRIS-13 science meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The strongest magnetic fields in sunspots and their statistical properties (2022)
  • 著者名/発表者名: J. Okamoto
  • 学会等名: Solar Polarization Workshop 10
  • 国際学会
• [学会発表] Demonstration of the mapping of chromospheric magnetic fields by CLASP2.1 (2022)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, T. J. Okamoto, R. Kano, T. Tsuzuki, F. Uraguchi, D. Song, D. E. McKenzie, K. Kobayashi, G. Vigil, F. Auchere, J. Trujillo Bueno, L. Rachmeler, C. Bethge, T. Sakao, and CLASP2.1 team
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
• [学会発表] Demonstration of Chromospheric Magnetic Mapping with CLASP2.1 (2021)
  • 著者名/発表者名: D. E. McKenzie, R. Ishikawa, J. Trujillo Bueno, F. Auchere, K. Kobayashi, A. Winebarger, R. Kano, D. Song, T. J. Okamoto, L. Rachmeler, B. De Pontieu, G. Vigil, L. Belluzzi, E. Alsina Ballester, T. del Pino Aleman, C. Bethge, T. Sakao, J. Stepan
  • 学会等名: Hinode-14 meeting
  • 国際学会
• [学会発表] UV Spectro-Polarimetry in the Solar Atmosphere -- Results from Two Sounding Rocket Experiments CLASP1 and CLASP2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Joten Okamoto
  • 学会等名: IAUS 360: Astronomical Polarimetry -- New Era of Multi-Wavelength Polarimetry
  • 国際学会
• [学会発表] Initial results of the CLASP2 rocket experiment to measure magnetic fields in the solar chromosphere (2020)
  • 著者名/発表者名: Joten Okamoto
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020: Virtual
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 太陽表面からコロナ直下に迫る―太陽観測ロケット実験CLASP2が測定した太陽大気の磁場
  • URL: https://hinode.nao.ac.jp/news/results/clasp2-publication-202102/