磁場の３次元断層診断で迫る太陽大気加熱の謎

• 研究課題/領域番号: 21H01138
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 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: 石川 遼子 国立天文台, 太陽観測科学プロジェクト, 准教授 (00709636)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 太陽物理 / 天文学 / 磁気流体プラズマ / 紫外線 / 偏光 / 太陽物理学

研究開始時の研究の概要

光球とコロナをつなぐ磁束管は、光球の運動エネルギーをコロナへ伝える重要な役割を果たしているが、その中間にある彩層やより上での磁場観測は圧倒的に不足している。本研究では、紫外線の偏光分光観測により、彩層底部～最上部の磁場測定を可能にするロケット実験CLASP2.1を実施する。CLASP2.1飛翔中、光球磁場を測定するひので衛星との同時スリットスキャン観測により、光球から彩層上部までの磁場の３次元構造を明らかにする。そして、コロナへのエネルギー伝搬を担う磁束管が、光球からコロナ直下の彩層上部まで、どのように広がっているのか？その３次元構造が大気の加熱や動的現象にどのように寄与しているのか？を探る。

研究実績の概要

6千度の太陽表面（光球）と100万度のコロナをつなぐ磁束管は、光球の運動エネルギーをコロナへ伝える重要な役割を果たしている。しかし、光球以外、つまり、光球とコロナの間に位置する彩層そしてより上空の大気層での磁場観測は圧倒的に不足している。そこで我々は、2019年に実施した観測ロケット実験CLASP2を発展させた観測ロケット実験CLASP2.1により、光球からコロナ直下（彩層最上部）までの磁場の3次元構造を明らかにすることを目的としている。本ロケット実験で用いるCLASP2観測装置は、我々日本の研究機関が米国、フランスと協力して開発を行ったものである。2021年10月米国ホワイトサンズミサイル実験場（WSMR）にて打ち上げ、スキャン観測を行うことで、空間2次元での電離マグネシウム線波長域（280 nm）の偏光スペクトルの取得に成功した。
今年度は、得られた観測データの解析に着手した。観測ロケット実験CLASP2.1の理論的解釈を担っているスペインの共同研究者らと協力し、弱磁場近似の手法（Ishikawa et al. 2021）を適用し、活動領域中の彩層上・中・底部の視線方向磁場を導出した。CLASP2.1は、太陽観測衛星ひので、SDO衛星、IRIS衛星との共同観測に成功しており、光球から彩層最上部までの3次元磁場構造と彩層やコロナの高温プラズマの関係を明らかにした。また、スペインチームが開発を進めるインバージョンコードも実用段階に至り、より複雑な視線方向磁場構造の導出にも成功した。これらの解析進捗に関して議論を行うため、カナリア諸島天体物理学研究所にてCLASP2.1国際科学会合を開催した。そして、解析結果はもちろん、それらの成果発信方針や、今後の将来計画などについて広く議論を行った。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

観測データの解析に取り組みほぼ予定通りに進めることができた。また、国際チームとの議論を経て成果のとりまとめを開始できるまでに至った。

今後の研究の推進方策

研究実績で述べた科学成果をとりまとめ、査読論文や国際会議などで発表し、成果を国内外に周知する。また、CLASP2.1に搭載されているスリットモニター撮像装置での偏光検出についても解析を進め成果にまとめる。

研究成果

• [国際共同研究] NASA Marshall Space Flight Center/LMSAL/NOAA(米国)
• [国際共同研究] Institut d'Astrophysique Spatiale(フランス)
• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)
• [国際共同研究] NASA Marshall Space Flight Center/LMSAL/NOAA(米国)
• [国際共同研究] Institut d'Astrophysique Spatiale(フランス)
• [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)
• [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
• [学会発表] 彩層磁場研究の今後の展望 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石川遼子、石川遼太郎、大場崇義、岡本丈典、勝川行雄、川畑佑典、久保雅仁、鄭祥子、 飯島陽久、松本琢磨
  • 学会等名: 2022年度太陽研連シンポジウム
• [学会発表] Solar magnetic fields from the photosphere to the top chromosphere revealed by CLASP2 and Hinode (2022)
  • 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, L. A. Rachmeler, K. Kobayashi, C. Bethge, B. De Pontieu, and CLASP2 team
  • 学会等名: Hinode-15/IRIS-12
• [学会発表] The CLASP2 and CLASP2.1 missions for measuring chromospheric magnetic fields (2022)
  • 著者名/発表者名: Donguk Song, Ryohko Ishikawa, David E. McKenzie, Javier Trujillo Bueno, Frederic Auchere, Ryouhei Kano, Laurel A. Rachmeler, Takenori J. Okamoto, Ken Kobayashi, Christian Bethge
  • 学会等名: Solar Polarization Workshop 10
• [学会発表] Observational Evidence for the Hanle and Magneto-Optical Effects in the Polarization of the Mg II h & k Lines Observed by CLASP2 (2022)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, J. Trujillo Bueno, E. Alsina Ballester, L. Belluzzi, T. del Pino Aleman, R. Kano, D. McKenzie, F. Auchere, K. Kobayashi, T. J. Okamoto, L. Rachmeler, D. Song
  • 学会等名: Solar Polarization Workshop 10
• [学会発表] Initial results from the CLASP2.1 sounding rocket experiment (2022)
  • 著者名/発表者名: 石川 遼子, 岡本 丈典, Song Donguk, David McKenzie, Javier Trujillo Bueno, Frederic Auchere, 鹿野 良平, 浦口 史寛, 都築 俊宏, Ken Kobayashi, Laurel Rachmeler, Gen Vigil, Christian Bethge, 坂尾 太郎, CLASP2.1 Team
  • 学会等名: 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 宇宙からの太陽磁場測定ミッション (2022)
  • 著者名/発表者名: 石川 遼子, 大場 崇義, 岡本 丈典, 川畑 佑典
  • 学会等名: 2021年度太陽研連シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Demonstration of the mapping of chromospheric magnetic fields by CLASP2.1 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石川 遼子, 岡本 丈典, Song Donguk, David McKenzie, Javier Trujillo Bueno, Frederic Auchere, 鹿野 良平, 浦口 史寛, 都築 俊宏, Ken Kobayashi, Laurel Rachmeler, Gen Vigil, Christian Bethge, 坂尾 太郎, CLASP2.1 Team
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会
• [学会発表] Mapping solar magnetic fields from the photosphere to the top of the chromosphere by the CLASP2 sounding rocket experiment (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, L. A. Rachmeler, K. Kobayashi, C. Bethge, B. De Pontieu, CLASP2 team
  • 学会等名: 5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Demonstration of Chromospheric Magnetic Mapping with CLASP2.1 (2021)
  • 著者名/発表者名: David McKenzie, Luca Belluzzi, Ryouhei Kano, Frederic Auchere, Tanausu del Pino Aleman, Donguk Song, Genevieve Vigil, Joten Okamoto, Laurel Rachmeler, Ken Kobayashi, Ernest Alsina Ballester, Jiri Stepan, Ryohko Ishikawa, Amy Winebarger, Taro Sakao, Javier Truijillo Bueno, Bart De Pontieu, Christian Bethge
  • 学会等名: Hinode 14/IRIS 11 Joint Science Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 紫外線偏光分光観測によるコロナ直下までの磁場の網羅的測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川 遼子, 岡本 丈典, Song Donguk, 川畑 佑典, 鹿野 良平
  • 学会等名: シンポジウム「太陽研究：30 年代の科学研究戦略」
• [備考] 太陽観測ロケットCLASP2.1 打ち上げ成功
  • URL: https://hinode.nao.ac.jp/news/topics/clasp21-launch2021-j/
• [備考] Successful launch of CLASP2.1
  • URL: https://hinode.nao.ac.jp/en/news/topics/clasp21-launch2021-e/
• [備考] Sounding Rocket Mission for Sun's Magnetic Field
  • URL: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/sounding-rocket-mission-to-offer-snapshot-of-sun-s-magnetic-field
• [備考] CLASP2.1: a new suborbital space mission
  • URL: https://www.iac.es/en/outreach/news/clasp21-new-suborbital-space-mission-mapping-magnetic-field-solar-chromosphere