太陽の表面はハワイにある望遠鏡によって前例のない解像度で観察され、太陽の謎を解明するための重要な情報を提供する可能性のある渦が明らかになりました。
太陽光球の画像は、米国ハワイにあるダニエル K. イノウエ太陽望遠鏡を使用して取得されました。
この画像は、人間の視覚では紫色に見える 416 ナノメートルの波長のデータから生成されました。国立太陽天文台 (NSO) は、その解像度が約 19 キロメートルであることから、これまで太陽の表面から得られたものの中で最も鮮明なものであることを確認しました。それは、磁場が最も集中している領域の端で絡み合う、いくつかの非常にかすかな渦と帯を強調表示します。
世界最大の太陽望遠鏡と考えられているダニエル K. イノウエ太陽望遠鏡は、ハワイのマウイ島にあるハレアカラ山の標高 3,084 メートルに建てられました。直径4メートルの主鏡を備えた構造となっている。日系アメリカ人として初めてアメリカ合衆国上院議員を務めたハワイ人ダニエル・イノウエにちなんで名づけられた。 2020年以来、この装置は斑点などのさまざまな太陽現象の詳細な画像を共有してきました。
デヴィッド・クリゼ氏やフリードリッヒ・ヴェーガー氏を含むNSOの研究者らは、これまで理論によって予想されていた太陽表面の現象の存在を裏付ける研究結果を発表した。研究チームの結論は、有名な雑誌「Nature」に掲載された科学論文に詳しく記載されています。
太陽表面の渦の起源を理解する
NSOは、画像に見られる渦と縞のパターンは「ケルビン・ヘルムホルツ不安定性」に起因すると説明している。この現象は、速度の異なる 2 つの流体間の接触領域で初期外乱が渦として発生するときに発生します。
この不安定性のよく知られた兆候は、地球の大気中に波状の形状を作り出す雲に見られます。これは流体力学で広く知られている現象であり、木星や土星のような巨大ガス惑星の大気中でも顕著な現象が見られます。
他の状況で観察されたのと同じ原理が、太陽磁場とプラズマの間の相互作用にも当てはまります。ケルビン・ヘルムホルツ不安定性は太陽の大気中ではすでに知られていたが、太陽表面でこれほど鮮明に記録されたのは今回が初めてだとNSOは指摘している。
イノウエ太陽望遠鏡で得られたデータと数値シミュレーションを比較することで、チームは観測とモデルの両方で渦間の距離が50キロメートルから65キロメートルまで変化していることを発見した。これにより、観察された渦が実際にケルビン・ヘルムホルツ不安定性の結果であることが確認されました。
発見によって太陽の謎がどのように解明されるかを理解する
太陽表面上の磁力線のもつれは、磁力線の成分の動きによって徐々に起こり、その結果、エネルギーが蓄積されます。このエネルギーの放出は、小規模なナノ噴火から大規模な太陽フレアやコロナ質量放出（CME）に至るまで、爆発的現象の引き金となると考えられています。研究者らは、太陽の表面全体に継続的に存在するケルビン・ヘルムホルツの不安定渦が、これらの磁力線のもつれのメカニズムに影響を与える可能性があることを強調している。
科学者たちは長い間、太陽大気の最外層であるコロナが摂氏100万度を超える温度に達する理由を理解しようと努めてきた。さらに、太陽の磁気活動は約 11 年周期ですが、現在のモデルでは、この期間に蓄積された磁束の効果的な分散は解明されていません。新たに確認された太陽表面のケルビン・ヘルムホルツ不安定性は、これら古代の謎に対する解決策の可能性として浮上しています。
クリッゼ氏は、太陽磁場は回転エネルギーを磁気エネルギーに変換するダイナモプロセスによって生成されると述べた。しかし、太陽の磁気周期はわずか 11 年で、宇宙規模で見ると短いと考えられており、磁束を効率的に散逸させる必要があります。 「従来のモデルはこの急速な拡散を適切に説明できていないが、我々が発見した光球のケルビン・ヘルムホルツ不安定性は、まだ説明されていないこの磁場の拡散における重要な要因である可能性がある」と研究者は述べた。
ヴェーガー教授はまた、この発見について次のようにコメントした。「ケルビン・ヘルムホルツ不安定性のこの発見が、磁化プラズマの動きと太陽上層大気におけるエネルギーの輸送と放出との関係を理解する上で広範囲に及ぶ影響を与えることを私たちは認識し始めたところである。」彼は、太陽表面の毎日の「ミクロ」渦が、太陽の「マクロ」活動に影響を与えるメカニズムの始まりである可能性があると示唆しています。
