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年太陽のシミ（黒点）
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
ガリレオ・ガリレイ
1611年 望遠鏡で太陽黒点を観測
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
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
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
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
黒点には２つの種類がある！
２０世紀になって、、、
左回りの光
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）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
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
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（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！
磁場のなせる芸術！
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
黒点の数は日によって違う
1989/09/07 1996/01/16
太陽の黒点数は約１１年で変化する
1989
1996
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
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
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
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
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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
(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？
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(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？
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
黒点はだんだん明るくなっている？
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Watson 他、 2011, A&A
黒点磁場の強さ
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・・・
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.
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
ドームレス太望遠鏡 (DST) 太陽磁場活動望遠鏡 (SMART) 60cm 反射望遠鏡 65cm屈折望遠鏡SMART望遠鏡 太陽全面、彩層速度場常時観測 爆発、噴出現象の監視 対流、磁場の大規模構造 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 CHAIN プロジェクト として世界に展開 ＋ 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
