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 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24340040
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 鹿野 良平 国立天文台, SOLAR-C準備室, 准教授 (70321586)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 太陽物理 / 国際協力 / ロケット / プラズマ・核融合 / ハンレ効果

研究実績の概要

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。

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。

今後の研究の推進方策

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。

次年度使用額が生じた理由

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。

次年度使用額の使用計画

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。

研究成果

• [国際共同研究] 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)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: 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
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] カナリア諸島天体物理学研究所(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: カナリア諸島天体物理学研究所
• [国際共同研究] 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)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: 宇宙天体物理学研究所/フランス国立宇宙研究センター
• [国際共同研究] オスロ大学(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: オスロ大学
• [雑誌論文] Development of a Precise Polarization Modulator for UV Spectropolarimetry (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, S., Shimizu, T., Kano, R., Bando, T., Ishikawa, R., Giono, G., Tsuneta, S., Nakayama, S., Tajima, T.
  • 雑誌名: Solar Physics 巻: 290 ページ: 3081-3088
  • DOI: 10.1007/s11207-015-0774-0
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Overview of a series of CLASP sounding rocket projects: successful result of CLASP1 and plan for CLASP2 (2016)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 学会等名: The 41st COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 年月日: 2016-07-30 – 2016-08-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Current State of UV Spectro-Polarimetry and its Future Direction (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: The 41st COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 年月日: 2016-07-30 – 2016-08-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In-flight performance of the polarization modulator in the CLASP rocket experiment (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, S., Shimizu, T., Kano, R., Bando, T., Ishikawa, R., Giono, G., Beabout, D., Beabout, B., Nakayama, S., Tajima, T., and the CLASP team
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes+Instrumentation
  • 発表場所: Edinburgh, UK
  • 年月日: 2016-06-26 – 2016-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] Optical alignment of the Chromospheric Lyman-Alpha SpectroPolarimeter using sophisticated methods to minimize activities under vacuum (2016)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes+Instrumentation
  • 発表場所: Edinburgh, UK
  • 年月日: 2016-06-26 – 2016-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] The chromosphere and transition region as seen with CLASP (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, R., and CLASP team
  • 学会等名: IRIS-6: The Chromosphere
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
  • 年月日: 2016-06-20 – 2016-06-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Initial Results of Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter (CLASP) (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: ALMA-IRIS-DKIST Workshop
  • 発表場所: Boulder, USA
  • 年月日: 2016-03-15 – 2016-03-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本天文学会2016年春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京 (東京都八王子市)
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 学会等名: 日本天文学会2016年春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京 (東京都八王子市)
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本天文学会2016年春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京 (東京都八王子市)
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本天文学会2016年春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京 (東京都八王子市)
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 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」
  • 発表場所: 国立天文台 (東京都三鷹市)
  • 年月日: 2016-02-15 – 2016-02-17
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 鹿野 良平, CLASPチーム
  • 学会等名: 「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
  • 発表場所: 核融合研究所 (岐阜県土岐市)
  • 年月日: 2016-01-27 – 2016-01-29
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • 年月日: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • 年月日: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • 年月日: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [学会発表] 太陽彩層・遷移層の磁場導出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • 年月日: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [学会発表] 太陽彩層に偏在し高速で伝播する準周期的振動現象 (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • 年月日: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [学会発表] Initial Results of Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter (CLASP) (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: Asia-Pacific Solar Physics Meeting (APSPM) 2015
  • 発表場所: Seoul, Rep. of Korea
  • 年月日: 2015-11-03 – 2015-11-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chromospheric Lyman-Alpha Spectro-Polarimeter (CLASP) (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 9th Hinode Science Meeting
  • 発表場所: Belfast, Northern Ireland
  • 年月日: 2015-09-14 – 2015-09-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CLASP: reaching below the 0.1% polarization sensitivity (2015)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 学会等名: 9th Hinode Science Meeting
  • 発表場所: Belfast, Northern Ireland
  • 年月日: 2015-09-14 – 2015-09-18
  • 国際学会
• [学会発表] CLASP: a UV spectropolarimeter on a sounding rocket for probing the chromosphere-corona transition region (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: IAU General Assembly 29
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-08-03 – 2015-08-14
  • 国際学会 / 招待講演