太陽フレア・コロナ質量放出の3次元磁気流体モデリング

太阳耀斑和日冕物质抛射的 3D 磁流体动力学建模

基本信息

批准号：
02J01862
负责人：
磯部洋明
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は3次元磁気流体シミュレーションにより太陽フレア、コロナ質量放出のメカニズムを明らかにすることである。近年の観測的、理論的研究から、フレアやコロナ質量放出に至るコロナのエネルギー蓄積と、突発的なエネルギー解放をもたらすトリガーには、太陽内部からの磁場の浮上(浮上磁場と呼ばれる)が重要な役割を果たしていることが示唆されている。このため本研究では、浮上磁場領域の大規模シミュレーションを行い、特に浮上磁場と既存のコロナ磁場の相互作用によるフレア、ジェットの発生とコロナの加熱について詳しく調べた。数値シミュレーションには、国立天文台の大型計算機の他、世界でトップクラスの性能をもつ日本のスーパーコンピュータ、地球シミュレータを用いて、これまでにない高解像度のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果、浮上磁場中で磁気レイリーテイラー不安定が発達し、磁場に沿ったフィラメント構造が自発的に形成されることが分かった。これは、浮上磁場領域で観測されているアーチフィラメントと呼ばれる筋状構造に対応していると考えられる。また磁気レイリーテイラー不安定性によるフィラメント形成に伴い、浮上磁場中に細かい電流シートが数多く形成されることが示された。この電流シートが散逸してコロナを加熱すれば、極紫外線等で観測されているコロナ加熱の非一様な様子を自然に説明できる。また、浮上磁場と既存のコロナ磁場との磁気リコネクションによりフレアが発生するが、浮上磁場が磁気レイリーテイラー不安定で変形をうけているのに伴い、コロナ磁場との磁気リコネクションも非一様なパッチ状に発生することが分かった。これはフレア中の微細構造の起源を自然に説明する。以上のように、浮上磁場とフレアの構造形成を説明する新しい理論を提唱することができた。これらの成果は英国科学誌ネイチャーに発表されている。

本研究的目的是通过三维磁流体动力学模拟来阐明太阳耀斑和日冕物质抛射的机制。最近的观测和理论研究表明，太阳内部磁场的悬浮（称为悬浮磁场）对于日冕中的能量积累非常重要，从而导致耀斑和日冕物质抛射，以及突然释放的触发因素表明它发挥了作用。为此，在本研究中，我们对悬浮磁场区域进行了大规模模拟，特别详细研究了悬浮磁场与现有日冕磁场相互作用所产生的耀斑和喷流，并电晕的加热。使用日本国家天文台的大型计算机以及世界顶级性能的日本地球模拟器，以前所未有的高分辨率进行了数值模拟。模拟结果表明，悬浮磁场中会产生磁瑞利-泰勒不稳定性，并自发形成沿磁场的细丝结构。这被认为对应于在悬浮磁场区域中观察到的称为拱丝的条纹结构。还表明，由于磁瑞利-泰勒不稳定性导致细丝形成，在悬浮磁场中形成了许多细电流片。如果当前的片材消散并加热电晕，它自然可以解释在极紫外光下观察到的电晕加热的不均匀行为。此外，耀斑的发生是由于悬浮磁场与现有日冕磁场之间的磁重联，但由于磁瑞利-泰勒不稳定性导致悬浮磁场变形，与日冕磁场的磁重联也是不均匀的。发现它是成片出现的。这自然地解释了耀斑中微观结构的起源。如上所述，我们能够提出一种新理论来解释悬浮磁场和耀斑的结构形成。这些成果发表在英国科学杂志《自然》上。