8. 物質の密度と質量の再概算(2 日目)
こで t=0[min]から t=2[min]の画像 5 枚を、無料の
:一部省略
画像処理ソフト「GIMP」を使用し、太陽の色を
9. まとめと考察(2 日目) :一部省略
変えながら重ねあわせ、PE の形を円形と考えた。
10.付録:省略
円形の PE が移動した距離から、
速度を概算した。
11.謝辞:一部省略
速度を概算するために使用した合成画像を、図 4
12.参考文献:一部省略
として示す。
1.使用した道具
PE 画像 60 枚
定規
フリーの画像処理ソフト「GIMP」
概算時間は 2 日間で 7 時間程度
2.望遠鏡の能力
口径とタイプ:75[mm]の屈折式
図 4.速度の再概算のための 2 分間、5 枚分
焦点距離:500[mm]
フィルタ:Hα、半値幅は 0.7Å
の合成画像。太陽の色を変えながら重
アフォーカス補正レンズ付き撮像(動画)
ねあわせ、PE の形を円形と考えた。
装置
PE の運動を今は 2 次元でのみ考えてい
る。このように画像を合成し 、PE を円形と
考えた。
3.太陽の構造及びプロミネンス噴出
太陽面のどこでフレアや CME が発生するか
t=0[min]のとき、太陽表面から円殻の内側
という問題は、実はどこでプロミネンスが発生す
までは 12[mm]であり、実際の距離に直すと
るかという問題と同義である。
4.80 10 4 [km]となった。
CME が発生すると、地球では磁気嵐が発生し、
2 分後の画像で、PE の太陽表面から外側までは
電波障害、通信障害の原因となる。これを予知
18[mm]で、実際の距離は 7.20 10 [km]となった。
しようとする試みが宇宙天気予報である。PE の速
しかし、このままでは PE の厚みが過大となる。
度と放出量を知ることは、どの程度の脅威が迫っ
PE の厚さは1.2[mm]で、
実際は 4800[km]であった。
てくるかを計算する基礎になる。よって PE は、
差分の 2.40 10 [km]から引くと、この PE は
私たちの生活に密接に関係した、非常に重要な
2 分で 1.92 10 [km]移動したことが分かるから
天文現象である。
1.92 ×10 4 [km]
120[ s]
4
4
4
7.速度の再概算(2 日目)
=160[km/s]
5
=1.60×105[m/s] である。
速度は 1 日目と同じく 1.60×10 [m/s]、放出
された物質の質量は 2.8×1014[g]となった。
昨日は、PE の際に太陽表面の現れた小さな
8.物質の密度と質量の再概算(2 日目)
「ダマ」を使って移動距離を求めた。しかし PE
太陽表面の圧力は、0.1 気圧である[2]が、このま
は、ループ状の物質の全体が動いているから、
までは使えない。圧力を太陽表面からの距離ご
その全体を使わなければならないと考えた。そ
とに下げなければならない。太陽の圧力は、表
-2-
= 5.08 10
面から 3000[km]で 6 桁下がっている[5]。それと
13
[kg/m3]
同時に太陽表面から 3000[km]以上のところで
と求まる。したがって PE の質量 M はこれに
は圧力が一定に近づいている。よってここでの
体積をかけて
圧力を計算に使えばよいのではないかと考えた。
M = (5.08×10-13) × (5.50×1014)
プロミネンスはコロナ中での現象であり、図 2
=2.79×1011 [kg]
より光球面から少なくとも 2000[km](彩層の
=2.8×1014 [g]
これは今回使用した文献値「1015g」と 1 桁しか
厚さ)離れている。
PE を円とした時、太陽表面から円殻の内側
違わない。
までは 12[mm]であった。すると実際の距離は
4.80×104[km]となった。これが t=0[min]の PE
9. まとめと考察(2 日目)
今回のプロミネンス放出の重さは 10 14 [g]と
の位置であり、R1とおく。
PE の太陽表面から外側までの距離は 18[mm]
なった。1015 [g] [1][2]は CME が放出する平均の
であり、実際の距離に直すと 7.20 10 [km]
質量だから、今回の放出が小規模ならば、1 桁くらい
となった。これが t=2[min]の PE の位置であり、
下がるだろう。そして時々ニュースになる大規模
R2 とおく。
な CME だと、平均から増えるだろう。
4
PE は幅 6[mm]の円殻となった。これの体積
もし今回の結果が正しかった場合、計算は簡単
を概算する。体積を V とおくと
だから、中学生、高校生にもできそうである。
ただし、教えることが多いかもしれない。
V   f ( R) R 2 dRdθdΦ
2π
2
0
0
 R dR  dΦ sinθdθ
解析学などである。特に解析学は少し時間が
2
R2

PC やそのソフトウェアの扱い、文献探し、

R1

プロミネンスや CME の太陽物理、観測装置、
かかるかもしれない。積分で計算する上での
2
3
3
[ R2  R1 ]
3
長所は、円でなくても計算できることである。
今回は半円だから式はこのような形になったが、
4.80×104[km]と 7.20 10 4 [km]を[m]にして
楕円でもできるはずである。もし中学生で積分
代入しなければならない。よって
が無理であれば、距離の代入の部分だけ使えば
23
よいだろう。
=5.50×10 [m3 ]
これが円殻の体積である。
単位の換算も大変である。太陽の諸定数は、
4
[4]
太陽表面での圧力は 1.3×10 Pa であり 、
[dyn]や[erg]で書かれているし、文献値も、文献
太陽表面から離れると急激に圧力が下がる。
ごとで単位が違う。そのため次の 2 点を生徒に
プロミネンスが存在する領域では 6 桁下がり
させなければならない。
2
1.3 10 [Pa] となる。これを圧力P とおく。
(1)単位の換算表 [5]を見ながら、必要な単位に
したがって、PE の密度ρ は
換算して代入する事。

=
[5]
P
v2
(2)はじき出した値の単位は一体何かを生徒自身
に考えさせる事。
1.3  10 2
1.60 10 
5 2
しかし、PE について考える事は CME につい
3
て考える事と同義であり、現代の太陽物理学の
[kg/m ]
根幹である。よって定量的な太陽観測の基礎と
-3-
して有効である。天文台のサマースクールな
の SOHO/LASCO CME Catalog に今回の PE ない
どで可能だろう。
し、PE のデータが載れば、答え合わせができる
有効数字は基本 3 桁のはずだが、質量の概算時
だろう。
の文献によって、そこだけ変わるだろう。
[7]見当違い
これはまず、2 次元であるから、プロミ
10.付録
多くの方からアドバイスにより、徐々に書き
ネンス噴出の傾きが、観測者から見て斜め
直すことができた。その内容は当然レポートの
に噴き出していた場合、実際より小さく見
本文に混ぜられなから、付録としてまとめさせ
えるだろう。質量の計算も、時間差を使う
て頂いた。
より、1 枚の画像でもできるはずである。
[1]題名の変更:省略
画像が荒いから、ピクセルごとの誤差を出
[2]答え合わせの方法:省略
すべきである。
[3]誤差の評価:省略
[4]太陽風の扱い:一部省略
11.謝辞
PE のデータを快く提供してくださった防府市
[5]質量の増加の議論の方法:省略
[6]基礎方程式:省略
青少年科学館と、これの作成に、休日にもかか
[7]見当違い:一部省略
わらず付き合ってくれた友人の国安正志様に、
心から感謝致します。
[4] 太陽風の扱いについて。今回の概算では、
太陽風の影響は無視できるだろう。
12.参考文献
高速と低速の太陽風は、加速が開始される
[1]
[8]
太陽表面からの距離が異なるからである 。
桜井隆・小島正宜・小杉健郎・柴田一成[編]
太陽風による加速は、CME になってから働く。
シリーズ現代の天文学 10 巻『太陽』
日本評論社
2009 年
[5]CME の質量の見積もりを行う時は、コロナグ
ラフを使用するのが一般的である。CME が写
[2].
っ て い る 画 像 か ら 、発 生 直 前 の コ ロナの明
柴田一成・上出洋介[編著]
るさを差し引く。そして残った過剰な明るさ
『総説・宇宙天気』
(excess brightness)の強度から CME の質量が
京都大学出版協会
2011 年
計算できる[7]。
計算した対象が SOHO 衛星で観測され、
今回は要約のため、多くの部分を省略しています。
結果が以下のウェブサイトに挙がれば、質量の
このレポート(ようなもの)の完全体(?)を、
増加を議論できる。今回のような計算手法は
以下の場所に、以下の名前で置いています。ご覧
「height-time measurement」と呼ばれる。NASA
頂けましたら幸いです。
の CDAW のデータセンタ
http://yahoo.jp/box/cPpWWN
PE 概算今度こそ完成。配布用.pdf
http://cdaw.gsfc.nasa.gov/
-4-
ダウンロード

プロミネンス噴出の速度と質量の概算