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大規模数値シミュレーションを用いた太陽の「熱対流の難問」への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 20K14510
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分16010:天文学関連
研究機関千葉大学

研究代表者

堀田 英之  千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (10767271)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードダイナモ / 熱対流 / 乱流 / 太陽 / 差動回転 / 磁場 / 太陽ダイナモ
研究開始時の研究の概要

太陽の熱対流について、最近明らかになっている観測と理論モデル・数値シミュレーションの差異の原因解明への貢献を目指す。この問題は「熱対流の難問(convective conumdrum)」と呼ばれ、太陽物理学の最も重要な問題の一つとなっている。本研究では、富岳を利用した大規模数値シミュレーションによって、問題解決への貢献を目指す。超高解像度の数値計算を行うことによって、太陽内部の磁場・回転・成層の効果をできるだけ精密に取り入れ観測と理論の不整合の原因を探る。

研究成果の概要

太陽の内部構造はこれまでの理論・観測からよく推定されているが、その結果生成される熱対流、さらには差動回転が観測を説明できないことが「熱対流の難問」として知られていた。本研究では、大規模シミュレーションにより、太陽の「熱対流の難問」に挑戦し、差動回転の部分について解決することができた。富岳を用いた計算を実施することにより、太陽内部ではこれまで考えられていたよりも磁場が強いこと、その磁場が角運動量輸送に大きな役割を果たしていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

太陽は活動的な恒星であり、その活動は磁場により維持されている。太陽の磁場活動を理解するためには、太陽内部の乱流構造を理解する必要があるが、これまでは観測と理論に大きな乖離があり、我々の理解を阻んでいた。今回の研究では、太陽内部を50億点以上で分解するような超大規模シミュレーションに挑戦し、その結果観測と理論の乖離を解決することができた。この成果により、今後、太陽活動の根元に迫るような研究が可能になるだろう。

報告書

(4件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 8件、 招待講演 8件)

  • [雑誌論文] Generation of Solar-like Differential Rotation2022

    • 著者名/発表者名
      Hotta H.、Kusano K.、Shimada R.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 933 号: 2 ページ: 199-199

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac7395

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mean-field Analysis on Large-scale Magnetic Fields at High Reynolds Numbers2022

    • 著者名/発表者名
      Shimada Ryota、Hotta Hideyuki、Yokoyama Takaaki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 935 号: 1 ページ: 55-55

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac7e43

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impact of subsurface convective flows on the formation of sunspot magnetic field and energy build-up2022

    • 著者名/発表者名
      Kaneko Takafumi、Hotta Hideyuki、Toriumi Shin、Kusano Kanya
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 517 号: 2 ページ: 2775-2786

    • DOI

      10.1093/mnras/stac2635

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Investigation of the dependence of angular momentum transport on spatial scales for construction of differential rotation2022

    • 著者名/発表者名
      Mori K、Hotta H
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 519 号: 2 ページ: 3091-3097

    • DOI

      10.1093/mnras/stac3804

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Recurrent Large‐Scale Solar Proton Events Before the Onset of the Wolf Grand Solar Minimum2022

    • 著者名/発表者名
      Miyahara Hiroko、Tokanai Fuyuki、Moriya Toru、Takeyama Mirei、Sakurai Hirohisa、Ohyama Motonari、Horiuchi Kazuho、Hotta Hideyuki
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 49 号: 5 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1029/2021gl097201

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Solar differential rotation reproduced with high-resolution simulation2021

    • 著者名/発表者名
      Hotta H.、Kusano K.
    • 雑誌名

      Nature Astronomy

      巻: 5 号: 11 ページ: 1100-1102

    • DOI

      10.1038/s41550-021-01459-0

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Relationship between magnetic field properties and statistical flow using numerical simulation and magnetic feature tracking on solar photosphere2021

    • 著者名/発表者名
      Takahata K、Hotta H、Iida Y、Oba T
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 503 号: 3 ページ: 3610-3616

    • DOI

      10.1093/mnras/stab710

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gradual onset of the Maunder Minimum revealed by high-precision carbon-14 analyses2021

    • 著者名/発表者名
      Miyahara Hiroko、Tokanai Fuyuki、Moriya Toru、Takeyama Mirei、Sakurai Hirohisa、Horiuchi Kazuho、Hotta Hideyuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 5482-5482

    • DOI

      10.1038/s41598-021-84830-5

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] PSTEP: project for solar?terrestrial environment prediction2021

    • 著者名/発表者名
      Kusano Kanya、Ichimoto Kiyoshi、Ishii Mamoru、Miyoshi Yoshizumi、Yoden Shigeo、Akiyoshi Hideharu、Asai Ayumi、Ebihara Yusuke、Fujiwara Hitoshi、Goto Tada-Nori、Hanaoka Yoichiro、Hayakawa Hisashi、Hosokawa Keisuke、Hotta Hideyuki、Hozumi Kornyanat、Imada Shinsuke、Iwai Kazumasa、et al
    • 雑誌名

      Earth, Planets and Space

      巻: 73 号: 1 ページ: 159-159

    • DOI

      10.1186/s40623-021-01486-1

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Formation of superstrong horizontal magnetic field in delta-type sunspot in radiation magnetohydrodynamic simulations2020

    • 著者名/発表者名
      Hotta H、Toriumi S
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 498 号: 2 ページ: 2925-2935

    • DOI

      10.1093/mnras/staa2529

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 対流層の底から光球までの浮上磁場シミュレーション:黒点対の非対称性生成の要因について2023

    • 著者名/発表者名
      堀田英之
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Current and next-generation simulations in solar physics2022

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Hotta
    • 学会等名
      The 5th ISEE Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Solar interior dynamics: Convection and Magnetic field2022

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Hotta
    • 学会等名
      APPC15
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Solar differential rotation reproduced with high resolution magnetohydrodynamic simulations2022

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Hotta
    • 学会等名
      ICNSP2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Generation of the solar magnetic field2022

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Hotta
    • 学会等名
      IAU GA 372
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 大規模シミュレーションで解明した「反太陽型の差動回転は存在しない」可能性2022

    • 著者名/発表者名
      堀田英之
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 超高解像度計算による太陽の表面勾配層、表面極向き子午面流、赤道加速の再現2022

    • 著者名/発表者名
      堀田英之
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Numerical simulation of solar convection zone and magnetic field2021

    • 著者名/発表者名
      H. Hotta
    • 学会等名
      The 30th International Toki Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High resolution simulation of solar convection zone in Fugaku2021

    • 著者名/発表者名
      H. Hotta
    • 学会等名
      AAPPS-DPP2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Radiation Magnetohydrodynamics Simulations of Sunspot Formation with Influence of Deep Thermal Convection2021

    • 著者名/発表者名
      H. Hotta
    • 学会等名
      AOGS
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Successful reproduction of solar differential rotation in high-resolution calculation2021

    • 著者名/発表者名
      H. Hotta
    • 学会等名
      SPD meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Correct reproduction of solar differential rotation in high-resolution simulation with Fugaku2021

    • 著者名/発表者名
      H. Hotta
    • 学会等名
      JpGU Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 富岳で実現する太陽の超大規模数値シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      堀田英之
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 差動回転の自転速度・解像度への依存性の調査2021

    • 著者名/発表者名
      堀田英之
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] A calculation for the formation of sunspots in an unprecedentedly deep domain2020

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Hotta
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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