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磁気対流とコロナ加熱 (uhi28a)

磁気対流とコロナ加熱 (uhi28a). 磯部洋明 （東京大学・地球惑星）. コロナ加熱問題. = 6000 度の表面の外側に 100 万度の大気があるのはなぜか？ エネルギー源は内部なのに、 熱の流れは外から内？ ≈ 太陽風加速問題 コロナをもつあらゆる天体に共通 の問題. ひので X 線望遠鏡. コロナ加熱の解答：レベル１. 熱伝導だけ考えるから矛盾 非熱的エネルギーを光球からコロナへ輸送し、コロナで熱化させればよい

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磁気対流とコロナ加熱 (uhi28a)

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Presentation Transcript

  1. 磁気対流とコロナ加熱(uhi28a) 磯部洋明 （東京大学・地球惑星）

  2. コロナ加熱問題 = 6000度の表面の外側に100万度の大気があるのはなぜか？ エネルギー源は内部なのに、 熱の流れは外から内？ ≈ 太陽風加速問題 コロナをもつあらゆる天体に共通 の問題 ひのでX線望遠鏡

  3. コロナ加熱の解答：レベル１ • 熱伝導だけ考えるから矛盾 • 非熱的エネルギーを光球からコロナへ輸送し、コロナで熱化させればよい • 光球： n ≈ 1017 cm-3, Ethemal≈ 105 erg cm-3 , Ekinetic≈ 104 erg cm-3 • コロナ：n ≈ 109 cm-3, Ethemal≈ 1 erg cm-3 熱伝導 　非熱的輸送 光球の対流運動（ひのでSOT） コロナ（ひのでXRT）

  4. コロナ加熱の解答：レベル２ • 加熱エージェントは磁場 磁場が強いとコロナが明るい 磁気ループ構造 対流と磁場の相互作用によるポインティングフラックス (erg cm-2 s-1) ... 十分ある

  5. コロナ加熱の解決：最終レベル • 磁場によるエネルギー輸送と散逸プロセスを、プラズマ物理の言葉で理解する アルフベン波？ ナノフレア？

  6. 加熱モデル • アルフベン波加熱 • 光球運動の時間スケール ＜ コロナのアルフベン時間 • 散逸が難しい？位相混合、共鳴吸収、イオンサイクロトロン共鳴、非線形効果による圧縮波形成、、、 • ナノフレア加熱 • 光球運動の時間スケール ＞ コロナのアルフベン時間 • コロナの磁力線をゆっくりひねって電流シート形成 • 磁気リコネクションで加熱 光球でどのような擾乱が発生するか、が重要

  7. 磁場が強い ≠ コロナ加熱が強い • 黒点暗部上空のコロナは暗い！ • おそらく磁場が対流を抑制するためであろう • 対流層とコロナを同時に解くシミュレーションが必要

  8. 　コロナを入れたシミュレーション Wave damping zone 初期条件：一様な縦磁場 光球(Newton近似) 下の境界で温度一定 • 下境界で温度一定、磁場垂直、横方向は周期境界 • ζは光球近くで＜１、下の境界近くで＞１ • コード：　CIP-MOCCT

  9. 2次元シミュレーション Q=10（磁場弱い） Q=16000（磁場強い）

  10. 活動領域 黒点 静穏領域 対流の速度とポインティングフラックス 対流の平均速度 ポインティングフラックス • 磁場が弱いとポインティングフラックスは小さい • 磁場が強いと対流が弱い＝＞ポインティングフラックスは小さい • ある平均磁場強度（数百G程度）でポインティングフラックスは最大

  11. 3次元： 磁場の強い場合 • 対流は振動的 • 縦にささった磁場を対流による水平運動が動かす。古典的描像 磁力線の色は磁場強度を示す 断面は光球面のBz

  12. 3次元：磁場の弱い場合 • 初期磁場は鉛直一様だが、対流によって磁場が乱流的になり、光球に水平磁場が浮上

  13. 水平磁場のコロナへのインパクト • 彩層でコロナへ続く縦磁場と磁気リコネクションを起こす • アルフベン波が発生、縦磁場に沿ってコロナへ伝播 • grid: 240^3 • 高解像度（高磁気レイノルズ数）だと磁気リコネクションはテアリング不安定等で小さい構造を作る。高解像度ならより高周波の波がでるか？

  14. 2次元シミュレーション • まあまあの解像度（６００x６００） • 水平磁場浮上、リコネクション、波、ジェットの発生 • 光球ー彩層のリコネクションの結果、彩層に磁気アイランドがうかぶ

  15. 磁気アイランドのリコネクション • アウトフローがアイランドの後ろに回り込んでアイランドをさらに押し付ける（正のフィードバック）＝＞速いリコネクション

  16. リコクネクションに伴う高周波発生 0.001Hz 彩層振動 0.01Hz リコネクション 0.1Hz コロナ中1点でのVxのウェーブレットスペクトル

  17. 高周波だと何が嬉しいか • コロナに伝播しやすい • 重力カットオフ • 散逸しやすい • 非線形効果によるショック形成 • 位相混合 Kohl et al. 1998 • 太陽風中では重イオンの選択的加熱が観測されている。 • 高周波(>1〜10Hz)アルフベン波のイオンサイクロトロン共鳴？ H温度 OVI温度 電子温度

  18. 「水平磁場出現」という分岐 磁場強 恐らくsub-critical bifurcationであろう。 コロナ加熱率、発生する波の性質を統計的に調べる必要あり => To be done.

  19. 磁場がずっと弱い場合(preliminary) 対流の渦運動により、torsional Alfven wave　発生

  20. Line formation height photosphere 　　　ひのでが観測した微細水平磁場の浮上(Ishikawa et al. 2007) t=-2 min t=0 min t=2 min t=4 min Vertical field Horizontal field 3.5 arc sec (2500km)

  21. いたるところに水平磁場 I Q U V (Q2+U2)1/2 I: 連続光 Q, U:直線偏光 （水平磁場） V：円偏光 (縦磁場)

  22. ひのでが見た彩層 可視光望遠鏡、CaII H線フィルター (Courtesy of T. J. Okamoto)

  23. ひのでが見た彩層 可視光望遠鏡、CaII H線フィルター (Courtesy of T. J. Okamoto)

  24. 彩層ジェットは微細水平磁場のリコネクションか彩層ジェットは微細水平磁場のリコネクションか

  25. まとめ • 光球のいたるところ水平磁場 • ひのでも発見 • 彩層、コロナ加熱にも重要 • 「縦磁場が揺らされて加熱」という古典的描像を変える？ • 水平磁場は彩層でリコネクション、高周波MHD波動発生 • リコネクション＋波動というハイブリッドモデル • ひのでが見た彩層も実にダイナミック • 彩層はβ>1からβ<1に変わる領域。容易に磁場が捩じられ、リコネクションしやすい。 • 彩層（完全衝突、弱電離）のダイナミクスは面白い課題 • 電離度≈10-4だが、 磁気レイノルズ数≈105 • Sweet-Parkerよりは速いリコネクションが起きているらしい • 完全衝突で異常抵抗は発生するか？電離等のマイクロフィジクスの効果は？

  26. おまけ太陽MHDシミュレーションのチャレンジングな課題おまけ太陽MHDシミュレーションのチャレンジングな課題 • 次の計算機でなんとか手が届きそう • 黒点を作る • コロナから地球磁気圏まで（宇宙天気） • non-LTE輻射MHDで彩層観測を再現 • 階層間結合（例：MHD＋粒子同時シミュレーションでリコネクション、粒子加速） • その先（ペタコン？） • フレアのベキ乗則の起源（自己組織臨界？） • 全球シミュレーションによるダイナモ計算

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