太陽の磁場は黒点以外の静穏な領域でも複雑？ 気球観測プロジェクト「Sunrise-III」の成果

国立天文台とドイツのマックス・プランク太陽系研究所が中心となるSunrise-IIIプロジェクトは、気球で搭載した観測装置を高度35kmの成層圏から太陽に向け、2024年7月に観測を実施した。その結果、太陽の表面のうち黒点よりも活動が穏やかな「静穏領域」の上空にも、従来の想定を大きく超える複雑な磁場構造が存在することが明らかになった。この発見は、太陽磁場の研究に新たな視点をもたらすとともに、観測技術の進化を象徴する重要な成果である。

太陽表面の大部分を占める静穏領域では、地球の大気による歪みの影響を受けやすく、地上からの磁場測定が困難とされてきた。特に太陽表面から上空へ広がる「彩層」の磁場は弱く、従来の地上観測では精密な測定が不可能だった。そこで実施されたのが、気球を用いた高高度からの観測である。Sunrise-IIIに搭載された「SCIP」という近赤外線偏光分光装置は、国立天文台が開発を主導したもので、太陽からの光を波長ごとに分け、光の偏りの向きから磁場の強さと向きを読み解く装置だ。さらに数十本の吸収線を同時に観測することで、太陽表面から彩層にかけての磁場を連続的に調べることができるという利点を持つ。

観測の結果、太陽表面で束になった磁場は、上空の彩層では「キャノピー」と呼ばれる天蓋状の構造をつくることが知られていたが、その内部に細く伸びる糸状の磁場構造が数多く存在することが新たに判明した。一部では、周囲とは逆向きの磁場を持つ糸も見つかっている。数値シミュレーション分析から、こうした構造は「フラックスロープ」と呼ばれる、磁力線がロープのようにねじれて巻きついた状態である可能性が指摘されている。また、太陽の縁に観測されたジェット状の構造「スピキュール」についても、磁場の強さが高さによって異なることが新たに確認され、最大で数十ガウスの幅広い分布が観測された。

太陽大気の加熱メカニズムは、宇宙物理学における大きな謎とされている。太陽の表面は約6000度だが、その上空の彩層は約1万度、さらに外側のコロナは約100万度に達するという逆説的な温度分布は、従来の理論では説明しきれていない。向きの異なる磁場が隣り合う場所では、磁力線がつなぎ替わる「磁気リコネクション」が起きることで、磁気エネルギーが熱に変換されると考えられる。今回の観測で明らかになった複雑な磁場構造は、こうしたエネルギー変換メカニズムを解き明かすための重要な手がかりとなる可能性が高い。

観測技術の進化という観点から見ると、Sunrise-IIIプロジェクトとSCIPの成功は、高精度の光学・計測装置がいかに重要であるかを改めて示している。日本の部品・素材・装置メーカーは、このような宇宙科学ミッションで使用される精密機器の開発に関わってきた。太陽磁場研究の進展とそれを支える観測技術の高度化は、今後の太陽活動予測や宇宙天気対策、あるいは衛星設計の工夫などを促す可能性があり、より精密な部品・素材の需要が高まることが予想される。

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