太陽黒点はなぜ黒いのだろうか？

一本 潔

京都大学 飛騨天文台

第2回金環日食観測準備勉強会

２０１２年１月１８日（土） １６１１年

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Galileo.arp.300pix.jpg

太陽のシミ（黒点）

http://www.astronet.ru/db/xware/msg/1254595

古代の中国、日本、韓国など

太陽の中に描かれた三足烏。高句麗の壁画「

太陽に棲むカラス！？

「大日本名将鑑」より「神武天皇」 八咫烏

紀元前350 最古の黒点記録 （アテネ） 紀元前27 中国に黒点の記録 ：

太陽黒点の‘再’発見

1608年に、オランダのメガネ職人によって天体望遠鏡が発明

１６１0~11年 望遠鏡による初めての太陽黒点観測

ヨハネス・ファブリチウス （オランダ）

ガリレオ・ガリレイ （イタリア）

クリストフェル・シーナー （ドイツ）

トーマス・ハリオット （イギリス）

http://galileo.rice.edu/science.html

クリストフェル・シーナー （ドイツ） 太陽は汚れのない球でなければならない 黒点を太陽の外側を回る惑星と考えた。

ガリレオ・ガリレイ 1611年 望遠鏡で太陽黒点を観測

1612年7月2日～21日 http://galileo.rice.edu/science.html

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Galileo.arp.300pix.jpg

ガリレオの洞察

黒点は太陽面にはり付いている

太陽は回転している

黒点は現れ合体したり、 分裂・消滅したりする 太陽表面の‘雲’のようなものか。。

「太陽黒点に関する第2書簡」

星界の報告 （岩波文庫）

黒点はへこんでみえる（400～1000km） ウィルソン効果 (1769)

黒点は太陽表面にあいた穴？

暗部

半暗部

答えその１ ー 温度が低いから

黒点はなぜ黒いのだろうか？

物体の温度と明るさ

100 度 1000 度 3000 度 6000 度 10000 度

１９世紀の考え方

黒点はなぜ黒いのだろうか？

・穴が空いて太陽内部の低温部が見えている？ ・「竜巻」によって塵が集まり表面を覆っている？

ガリレオから

４００年後の太陽ムービー

可視光でみた太陽 光球 5800K

SoHO/MDI, 可視連続光 2001

回転している 黒点は東西に並んで群れをつくる 黒点は生成消滅 寿命＝１週間～１ヶ月

黒点には２つの種類がある！

２０世紀になって、、、

左回りの光

右回りの光

それは磁石のN極とS極だった！

ゼーマン効果（1897年実験室で発見）： 光を出すガスに磁石を近づけると光が右回りや左回りに‘偏光’する。

鉄の原子がつくる線スペクトル

光の強度スペクトル 偏光でみたスペクトル

太陽可視光域のスペクトル写真 （1908年、へール）

黒点はしばしば対をなす （飛騨天文台）

特殊な光 Hα線

黒点は強い磁力線の束が太陽面を貫くところ

参考： 地球の磁場～ 1 ガウス 棒磁石 ～1000ガウス 磁場の強さ 1000～5000 ガウス

黒点の上空の磁場

X線画像

２０世紀の考え方

黒点はなぜ黒いのだろうか？

・穴が空いて太陽内部の低温部が見えている？ ・「竜巻」によって塵が集まり表面を覆っている？ ・磁場を伝わってエネルギーが抜きとられて冷える？ ・磁場のせいで対流ができなくて温度が上がらない？

宇宙からの最新太陽観測

太陽観測衛星 ひので 2006.10~

黒点の構造

半暗部

暗部 粒状斑

太陽が明るく光っている理由

太陽の表面

ぶつぶつで被われている（粒状斑） これは‘対流’の泡。

太陽が明るく光っている理由

提供： 独立行政法人科学技術振興機構

提供： 国立天文台

太陽の内部構造 ‘対流’によって表面が6000度に保たれているから

太陽表面、粒状斑

対流とは？ 熱いガスが上昇、 表面で光をだして冷える 冷たくなったガスが下降

太陽粒状斑 速度～1km/s 時速～3600km/h

磁場のちから

磁石が浮く 電車が浮く （リニアモーターカー）

N

S S

N

黒点の構造

磁力線

磁場が膨らもうとする力

黒点の中はガスが薄くなって深いところまで見通せる

ガスが押しつける力 対流

対流が押さえられて温度が下がる

２０世紀の考え方

黒点はなぜ黒いのだろうか？

・穴が空いて太陽内部の低温部が見えている？ ・「竜巻」によって塵が集まり表面を覆っている？ ・磁場を伝わってエネルギーが抜きとられて冷える？ ・磁場のせいで対流ができなくて温度が上がらない？

正解！

黒点の温度はどれくらいだろうか？

物体の温度と色

100 度 1000 度 3000 度 6000 度 10000 度

明るさや色を測ることで温度がわかる

明るさ（可視光） 温度

静穏領域： 1.0 ~ 5800度

半暗部： 0.7 – 0.8 ~ 5600度

暗部： 0.05 – 0.2 3500 – 5000度 参考： タングステンランプ： T < 3700K

実は黒点は結構「明るい」 ＊暗闇のタングステンランプよりも明るい

何が黒点の中に熱を運んでいるのか？ これも黒点を理解するために大事な問題！

黒点はどれほど黒いのだろうか？

黒点のなかにも対流はあった！ やっぱり熱は表面に運ばれている。

磁場のなせる芸術！

黒点の上空の磁場

黒点にはなぜ磁場があるのだろうか？

答え： 電流が流れているから

太陽は電流を生みだす発電装置

黒点は巨大な磁石

発電所は、

風や水や蒸気の運動エネルギーから電気をつくっている

黒点は巨大な磁石

風力 水力 火力、原子力

太陽は、

自分の回転や対流の運動エネルギーから電気を作る巨大な発電所

黒点を１コつくるのに必要な発電力

大きな黒点の磁場（電流）がもつエネルギー ～ 1026 ジュール （1ジュールは約1/5 カロリー） １週間で黒点をつくるための発電力 1026 ジュール/( 7ｘ24ｘ3600 秒) = 1.6x 1020 ワット 原子力発電１機の発電力 ～ 50万キロワット 必要な原発の数 1.6 1020 / 5 108 ~ 3 1011 ~ 3000 億機

捻れる黒点と 巨大爆発 （フレア） 2006.12.8 -14

Ca H

G-band

黒点（＝太陽発電所）のうねり

黒点の数は日によって違う

1989/09/07 1996/01/16

提供： 国立天文台三鷹

太陽の黒点数は約１１年で変化する

1989

1996

黒点相対数

どっちの太陽が明るい？

1989/09/04 1996/01/16

提供： 国立天文台三鷹

こっち

どっちの太陽が明るい？

1989/08/30 1996/01/16

提供： 国立天文台三鷹

こっち

太陽の明るさも１１年で変化していた！ 地球の外までやってくる太陽光の1m2あたりのエネルギー

太陽が観測史上最も暗くなる

黒点が多いときのほうが太陽は0.1% くらい明るい

過去４００年の黒点数

テムズ川凍結

マウンダー極小期は小氷河期だった！

マウンダー極小機

太陽は今より 0.7% 程暗かった

黒点の根っこ

黒点の磁場はどこに繋がっているのだろう？

42

黒点の下はどうなっているのだろう？

Monolith くらげモデル

Parker, 1979, ApJ, 230, 905

仮説的対流 熱を逃がす

~ 1Mm

黒点の根は深い？それとも表面だけのもの？

太陽表面 ちょっと上空

震える黒点

(Zhao et al. 2001, NASA/ESA)

http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/20010919sunspot.html

黒点の下はどうなっているのだろう？

太陽の中を伝わる波（地震ならぬ‘陽震’）をつかって内部を探る

45

(Zhao et al. 2001, NASA/ESA)

http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/20010919sunspot.html

黒点の下はどうなっているのだろう？

黒点直下の下降流 くらげモデルの傍証？

光球

彩層

コロナ

放射層 対流層

プロミネンス

黒点の磁場はどこで作られているのか？ （太陽の発電所はどこに隠れている？）

対流層と放射層の境界 （速度勾配層） = 太陽発電の現場

コア

黒点のできかた Schussler and Rempel, 2005, AA, 441, 337

ガスの力で 磁場弱まる

対流によって磁場はぐちゃぐちゃになる

対流層

ガスのねじれ回転によって磁場が強まる ＝発電効果

磁場の膨らむ効果によって浮き上がる

黒点ができる

太陽表面

磁力線の束 黒点

黒点が消滅していく

ちょっと気になる話。。

相対黒点数

太陽活動（＝発電の勢い）がだんだん衰えてきている！？

黒点はだんだん明るくなっている？

49 Watson 他、 2011, A&A

黒点磁場の強さ

黒点の明るさ

2008年 11月21日 朝日新聞

2009年 3月22日 日経新聞

2008年 9月14日 毎日新聞

太陽はこの後黒点のない時代に 移行していくのではないだろうか・・・

太陽発電所「休止」状態？

まとめ • 太陽黒点はなぜ黒いのだろうか？

温度が低いから

• なぜ温度が低いのだろうか？

対流が押さえられているから

• なぜ対流が押さえられているのだろうか？

強い磁場があるから

• なぜ磁場があるのだろうか？

電流が流れているから

• なぜ電流が流れるのだろうか？

太陽の回転と対流運動が発電機しているから

• なぜ太陽の発電機の勢いは変化するのだろうか？

・・・・・・・ よくわかっていません。。

最後に・・・ 黒点の明るさ、 実は正確に測るのは難しい！

明るさ

望遠鏡の中で発生する光の漏れ込み （散乱光）

本当の明るさ

そこで日食！

月の影の黒さと比べて 本当の明るさがわかる！

真っ黒

みかけの明るさ

ひので 2006.12.

ご静聴ありがとうございました

京都大学理学研究科附属天文台

飛騨天文台

北アルプスの麓 標高～1200m

飛騨天文台

飛騨天文台

ドームレス太望遠鏡

(DST)

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高分解能真空太陽望遠鏡＋分光器 活動プラズマの詳細診断

ドームレス太陽望遠鏡

飛騨天文台の２つの太陽望遠鏡

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＋ 新装置による 磁場・フレア観測

多波長偏光分光による新しいプラズマ診断の開拓