半世紀以上の観測で判明、静かな太陽は変わらない

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半世紀以上にわたる太陽マイクロ波のモニター観測のデータから、太陽の活動度は極大期では周期ごとに大きく変わるのに対し、極小期では過去5回ほぼ同じであったことが明らかになった。

【2017年11月17日 国立天文台 野辺山宇宙電波観測所

太陽の活動は約11年の周期で活発な時期と静かな時期を繰り返す。その活動度を知る指標として黒点数の増減を調べるという方法があるが、太陽フレアやコロナ質量放出といった爆発的な現象は黒点のない領域でも発生することがあり、太陽活動の状況を知るためには黒点数の記録だけでは不十分だ。また当然ながら、黒点は曇りや雨などの日には観測できない。

太陽から放射される電波、特にマイクロ波(波長0.1mm~1m(周波数0.3GHz~3000GHz)の電磁波)は、太陽フレアを発生させるような磁場の領域があれば強度が増加し、太陽フレア時には強烈なマイクロ波が放射される。マイクロ波は曇りや雨でも観測できるという強みもあることから、太陽活動の指標として世界中で利用されており、日本では1957年6月から現在まで観測を継続している。

国立天文台チリ観測所の下条圭美さんたちの研究チームは、この60年の観測期間中に太陽が静かになる時期(極小期)5回分のうち、最も静かになる月をマイクロ波観測データから決め、その月の平均マイクロ波強度を観測周波数ごとに計算した。すると、5回の極小期のスペクトルが、ほとんど同一線上に並んでいることが明らかになった。極小期のマイクロ波スペクトルは、太陽周期が異なっても全く変わらないことを示す結果である。

太陽マイクロ波を観測してきたアンテナ、5回の極小期のスペクトルを示したグラフ
(左上)旧・名古屋大学空電研究所(現・名古屋大学太陽地球環境研究所)で1957年から太陽マイクロ波の強度モニター観測を行っていた4つのアンテナ、(左下)1994年に国立天文台野辺山宇宙電波観測所へ移設された4つのアンテナ、(右上)60年間の黒点数と電波強度、(右下) 5回の極小期のスペクトル、(背景画像)太陽観測衛星「ひので」がとらえた極小期から極大期に向かう太陽のX線面像(提供:NAOJ/名古屋大学/JAXA)

極小時のスペクトルが変わらないということは、太陽周期ごとに黒点の数がどんなに異なっても、静かになれば太陽磁場の状態が前の太陽周期の静かな時期と同じになることを意味している。さらに、黒点の磁場を太陽内部で生成するメカニズム「グローバルダイナモ」が、より局所的な磁場生成メカニズム「ローカルダイナモ」にあまり影響を及ぼさない事を示唆する結果でもある。このような示唆は、見ることができない太陽内部での磁場の生成・増幅を考える上で重要な鍵といえる。

同一観測手法によるデータの質が揃った長期観測データは、黒点観測以外の太陽観測では珍しく、黒点数以外のデータで太陽周期を超える時間スケールの傾向の発見は非常に意義深いものだ。今後も太陽マイクロ波モニター観測を継続し、世紀単位で太陽の長期変動がわかれば、さらに新たな知見が得られると期待される。