太陽の裏側の黒点を確率で予測 宇宙天気予報の精度が大幅に向上
太陽は常に回転しているため、私たちは常にその半分しか見ることができない。自転に27日を要するため、その間に見えない側で発生した変化が数週間後に地球の宇宙天気に直結する可能性がある。こうした見えない部分の監視こそが、宇宙天気予報の精度を左右する鍵だ。
Southwest Research Instituteのビブシュティ・クマール・ジャ氏が率いる物理学者チームが、このほど「The Astrophysical Journal Supplement Series」に発表した論文では、確率を用いて太陽の裏側で起きている現象をマップ化する手法を提案している。コロナ質量放出（CME）のような危険な宇宙天気現象は、衛星を破壊したり地上の電力網を過負荷にしたりするが、その形成条件が太陽の地球から見えない側で生じていれば、こちら側に回ってくるまで警告が得られない。
地震波を太陽に応用した新しい測定法
研究チームが採用したのは数十年前から存在しながらも発展途上にある「ヘリオ地震学」という手法だ。地球の地震学では地震の衝撃波を使って地表から見えない地球内部の構造を調査する。太陽物理学者たちは同じ概念を太陽向けにアレンジした。
高エネルギー音波を用いれば、燃焼するプラズマの巨大な球の「透視」が可能になる。太陽の対流層の運動は音波を生み出し、その音波は太陽内部で跳ね返ったり表面で反射したりする。重要なのは、これらの音波が活動領域を通過する際、そこに集中する磁場によって伝播速度がわずかに変化する点だ。NASAの太陽動力学観測機（SDO）に搭載されたHelioseismic and Magnetic Imager（太陽磁場振動計測装置）と、地上設置型のGlobal Oscillation Network Group（国際太陽振動観測ネットワーク）といった機器は、太陽の見える側の微細な波動を測定し、複雑な計算を通じて裏側に集中している磁気結節（黒点）の位置を特定できる。
ただし従来の方法には信頼性の問題があった。音波信号は非常にノイズが多く、実在しない活動領域という「幽霊」を生み出し、予報に偽の黒点を混入させていたのだ。
過去の衛星データで信頼性が急速に向上
この課題を解決するため、ジャ氏らは過去のSTEREOミッションの歴史データを活用した。2010年から2014年にかけて、2機のNASA衛星が太陽の裏側に配置され、直接通信は可能な範囲内で極紫外線画像を取得していた。研究チームはこの期間中、同時にSDOが取得していた磁気測定データと相互相関させ、紫外線画像を適切な磁気単位にスケーリング変換した。
その後、プラズマの流動と磁場を正確にシミュレートする「Advective Flux Transport model」（移流磁束輸送モデル）にこのキャリブレーション済みデータを入力したところ、従来モデルとSTEREOの実測データとの間に大きな隔たりがあることが判明した。新しい手法では、黒点がまだ裏側に隠れている間でも、その位置を滑らかに更新できる。これは従来モデルが示していたぎくしゃくした「ジャンプ」よりも大幅に正確だ。
太陽全体に目を広げると、従来モデルは太陽の全磁束の10～20%を過小評価していたことが明らかになった。これは宇宙天気予報という業界全体の成功運用にとって極めて重要な要素だけに、極めて大きな誤差である。
出典: Universe Today
