[論文レビュー] The magnetism of the solar interior for a complete MHD solar vision

S. Turck‐Chièze, T. Appourchaux+38 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2005

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、高度な宇宙ミッションと地上観測を統合することで、太陽の完全な磁気流体力学（MHD）モデルを達成するための三段階的ロードマップを提案する。重力モード検出と複数高度の磁場測定を用いて、太陽質量の98％を占める放射層における深部内部磁場をマッピングし、太陽活動および太陽＝地球関係の長期的予測モデルを可能にする。協働ミッション（SoHO、PICARD、DynaMICS、SDO、および将来の世界的水準の太陽極軌道／L1ミッション）を提唱する。

ABSTRACT

The solar magnetism is no more considered as a purely superficial phenomenon. The SoHO community has shown that the length of the solar cycle depends on the transition region between radiation and convection. Nevertheless, the internal solar (stellar) magnetism stays poorly known. Starting in 2008, the American instrument HMI/SDO and the European microsatellite PICARD will enrich our view of the Sun-Earth relationship. Thus obtaining a complete MHD solar picture is a clear objective for the next decades and it requires complementary observations of the dynamics of the radiative zone. For that ambitious goal, space prototypes are being developed to improve gravity mode detection. The Sun is unique to progress on the topology of deep internal magnetic fields and to understand the complex mechanisms which provoke photospheric and coronal magnetic changes and possible longer cycles important for human life. We propose the following roadmap in Europe to contribute to this "impressive" revolution in Astronomy and in our Sun-Earth relationship: SoHO (1995-2007), PICARD (2008-2010), DynaMICS (2009-2017) in parallel to SDO (2008-2017) then a world-class mission located at the L1 orbit or above the solar poles.

研究の動機と目的

• 太陽質量の98％を占める放射層における内部星間磁気の知識不足を克服すること。
• 多波長・多高度太陽観測および重力モード検出からの観測制約を統合することで、完全な3次元MHD太陽モデルを構築すること。
• 深部磁場のトポロジーとダイナミクスを制約することで、太陽活動サイクルおよび地球への影響の長期的予測を改善すること。
• PICARD、DynaMICS、将来のL1／極軌道ミッションを含む協働ミッションを通じて、2008年から2017年の太陽活動サイクル中に科学的・技術的成果を最大化するヨーロッパ主導の科学的・技術的道筋を確立すること。
• 中間段階で機器と技術を検証することで、将来の世界的水準の太陽ミッションを可能にし、完全な3次元MHDモデル化に備えること。

提案手法

• SoHOミッションのレガシーデータ（GOLF+MDI）を活用し、太陽音速と回転プロファイルを制約し、約98％質量分率におけるタコクリン層を同定する。
• PICARDミッション（2008–2010年）を実施し、太陽放射輝度と大気力学を測定することで、放射層の制約を支援する。
• 2009–2017年の期間に、GOLF-NGおよびMOF機器を搭載した欧州DynaMICSマイクロサテライトを打ち上げ、高精度な重力モード検出と複数高度の磁場測定を実施する。
• 磁気光学フィルタ（MOF）および高分解能撮影（1角秒）などの地上および宇宙技術を用い、複数大気高度での磁場を検出する。
• SDO（HMI）、PICARD、DynaMICSのデータを統合し、核から光球層までの中間ダイナミクスをマッピングする。特に放射層およびタコクリン層に注目する。
• 観測制約を反映した高度な3次元MHDシミュレーションを用い、太陽の磁場進化および太陽活動と太陽＝地球関係への影響をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽の放射層、特にタコクリン層近傍における深部内部磁場のトポロジーと時間的変化は何か？
• RQ2 重力モード（gモード）はどのように宇宙空間で検出可能であり、太陽核および放射層のダイナミクスを解明できるか？
• RQ3 内部磁場はどのようにして太陽の回転、光度変動、11/22年サイクルを調節しているか？
• RQ4 複数高度・複数機器観測（例：MOF、GOLF-NG）は、太陽内部における磁場輸送およびダイナモ過程の制約をどのように向上させるか？
• RQ5 完全なMHDモデル化のための世界的水準のミッションをL1点または太陽極軌道に実施するために、どのような機器および観測戦略が必要か？

主な発見

• GOLF+MDI観測から得られた結果により、放射層と対流層の境界であるタコクリン層は、太陽質量の約98％の位置に存在することが判明した。
• SoHOのGOLFおよびMDIデータから得られた太陽回転プロファイルは、核から対流層境界までにわたり、差動回転が存在することを示している。
• GOLF-NGおよびMOFなどの機器を用いた宇宙空間における重力モード検出は実現可能であり、ℓ=5までのモードを検出可能で、複数大気高度での磁場測定が可能である。
• MOF機器はカリウム、ナトリウム、カルシウム、ヘリウムを用いた蒸気セルを用い、4角秒の分解能と10秒のサイクルで、速度、強度、線形磁場を同時に測定可能である。
• 低コストマイクロサテライトとして提案されたDynaMICSミッションのコンセプトは、重力モード検出および将来の世界的水準のミッションのための機器認定を顕著に向上させる。
• 2018年ごろの太陽活動最小期に予定されるL1点または太陽極軌道への世界的水準のミッションは、完全な3次元MHDモデルの構築に必要な包括的制約を提供する。