太陽黒点を自動で数える新手法

【2023年1月16日 国立天文台 太陽観測科学プロジェクト】

太陽黒点の数、また黒点が集まった「黒点群」の数は、直接観測できる太陽活動の指標として、歴史上最も長くデータが蓄積されていて、長期的な太陽の変化を知る手がかりとなっている。現在では、太陽面に現れた黒点と黒点群の数から「黒点相対数」という値を求め、この値を太陽活動の指標としている。太陽活動が活発になるほど黒点相対数は多くなる。

黒点相対数を求めるには、可視光線で見た太陽像を人の手でスケッチし、黒点を数えるという方法が現在でも用いられている。だが、こうしたやり方ではどうしても観測者のくせや主観が結果に入り込むことが避けられない。また、現代の太陽研究では、黒点スケッチだけに労力を費やすよりは、太陽の光球からコロナまでを様々な手法で多面的に観測することにリソースを使うことが求められる。

国立天文台では、1998年から手動のスケッチに代わり、CCDカメラの太陽画像から自動で黒点を検出している。ただし、従来の自動検出の手法では黒点の誤検出や検出漏れも少なくなかった。

そこで、国立天文台の花岡庸一郎さんは、スケッチ観測並みの精度で黒点を検出でき、装置や画質が異なるデータでも使える新たな黒点の自動検出手法を開発した。

1枚の画像だけだと、シーイングの影響で生じた「偽黒点」を検出してしまうことがあるため、今回の手法では連続撮影された複数枚の画像から黒点を検出している。これは、眼視によるスケッチ観測で、シーイングによる見え方の変化を利用して本物の黒点を判別しているやり方を自動検出に応用したものだ。

(a)～(c) 国立天文台太陽フレア望遠鏡で得られた2014年2月28日の白色光画像、(d)～(f) 自動検出された黒点。緑が太陽黒点の暗部（中央部の特に暗い領域）、赤が半暗部（暗部を取り巻くやや暗い領域）。黒点だけを正確に検出できている（提供：国立天文台太陽観測科学プロジェクト、以下同）

花岡さんは、国立天文台の太陽フレア望遠鏡、川口市立科学館（埼玉県）、アマチュア観測者の森田作弘さんによって2021年に撮影された連続画像データを使い、今回の新手法で黒点を自動検出して黒点数を求めた。その結果を、黒点相対数の基準観測所となっているスイス・ティチーノ太陽観測所（Specola Solare Ticinese; SST）や、京都大学花山天文台が発表している黒点数と比較した。どちらも眼視のスケッチ観測に基づいて黒点数を求めている機関だ。

その結果、今回の新たな自動検出法でも眼視観測とほぼ変わらない黒点数が得られ、精度は眼視観測と大差ないことが確認された。

今回の手法は汎用的に使えるもので、科学館やアマチュアなどでもスケッチの代わりにこの手法で黒点を検出することで、長期観測を通じて黒点相対数の算出に貢献できるようになると花岡さんは期待している。

(a) 太陽フレア望遠鏡（SFT）、川口市立科学館（KSM）、森田作弘さん（SM）によって2021年に撮影された太陽画像に今回の自動検出法を使って得られた黒点数と、ティチーノ太陽観測所（SST）・京都大学花山天文台（KO）のスケッチによる黒点数との比較。(b) (a) の各黒点数を太陽フレア望遠鏡の画像から自動検出で求めた黒点数で割った比率（月平均）。眼視スケッチに基づくデータ（青・水色）と自動検出に基づくデータ（赤・黄）のばらつきは大きく変わらない