太陽表面で観測される「雨」とは、水ではなくプラズマが降下する現象を指す。
The phenomenon observed as rain on the surface of the sun is not water, but rather plasma pouring down.
この現象に関して、長年天文学者たちを悩ませてきた「なぜ太陽の雨が極めて速く形成されるのか」という難問が、ついにハワイ大学の研究チームによって解明された。
The question, Why does rain on the Sun form so quickly? has puzzled astronomers for many years, but it has finally been solved by a research team from the University of Hawaii.
太陽の外層であるコロナ領域は数百万度に達する高温環境でありながら、冷却されたプラズマが浮上し、再び太陽表面へと降下する様子は、まさに「プラズマの雨」と呼ぶにふさわしいものである。
The corona around the Sun and the Sun’s outer layer are high-temperature environments that can reach millions of degrees, but the phenomenon in which cooled plasma rises again and falls onto the Sun’s surface is truly worthy of being called a “plasma rain.”
しかし、その形成速度の速さについては、従来の理論では十分に説明できなかった。
However, its rapid formation rate cannot be sufficiently explained by existing theories.
今回『The Astrophysical Journal』に発表された研究によれば、従来の太陽モデルがコロナ中の元素組成を一定と仮定していたのに対し、実際にはコロナ内で元素の割合が時間とともに変化していることが判明した。
According to a study published in The Astrophysical Journal, previous solar models assumed that the composition of elements in the corona was constant, but it has now been revealed that the elemental ratios in the corona actually change over time.
そのため、放射冷却の効率が元素の種類によって大きく左右され、これがプラズマの急速な冷却と「雨粒」の形成に直結しているという。
Therefore, the radiative cooling efficiency is greatly affected by the type of element, and this is directly related to the rapid cooling process of the plasma and the formation of raindrops.
ハワイ大学の研究グループは、既存のプラズマシミュレーションツール「HYDRAD」を改良し、鉄・ケイ素・マグネシウムなど低電離ポテンシャル(FIP)元素の動態を新たに反映させた。
The research team at the University of Hawaii improved the existing plasma simulation tool HYDRAD by adding a function that can reflect the behavior of low ionization potential FIP elements such as iron, silicon, and magnesium.
その結果、プラズマがコロナの磁力ループを上昇する過程で元素組成が変動し、ループ頂上付近で放射が急増、急速な冷却と凝縮が生じることが明らかとなった。
The results indicate that as plasma rises along the magnetic loops of the corona, its elemental composition changes, and a rapid increase in emission near the loop tops triggers rapid cooling and condensation.
こうして形成されたプラズマの塊が、再び太陽表面へと降下する、すなわち「太陽の雨」の実体である。
The clumps of plasma formed in this way fall back onto the surface of the Sun, and this is the true nature of the phenomenon known as solar rain.
さらに、日本の「ひので(Hinode)」衛星による観測データもこの新しいモデルの妥当性を裏付けており、実際の降雨プラズマの組成が太陽表面に近いことが確認された。
Furthermore, observational data from the Japanese satellite Hinode also confirm the validity of this new model, indicating that the actual components of the rain plasma are very close to those on the solar surface.
筆頭著者のルーク・ベナヴィッツ氏は「鉄のような元素の変動をモデルに組み込んだことで、ようやく観測結果と理論が一致し、非常に興奮している」と語る。
Luke Benowitz, the lead author, said, Im very excited that by including variations of elements such as iron in the model, the observations and theory finally match.
共同研究者のジェフリー・リープ氏も「このプロセスの理解は、太陽大気におけるエネルギー流動そのものの再評価を迫るものだ」と指摘した。
Co-author Jeffrey Reep also points out the following: By understanding this process, we must re-evaluate the entire flow of energy in the solar atmosphere.
このように、太陽コロナで観測されるプラズマ降雨現象は、元素組成の変動とそれに伴う放射冷却の効率変化によって説明できることが明らかとなった。
In this way, it has become clear that the plasma rain phenomenon observed in the solar corona is caused by variations in elemental composition and the resulting changes in radiative cooling efficiency.
すなわち、太陽における「雨」の謎は、科学的に解明されたと言えるのである。
In other words, the mystery of rain on the sun has been scientifically solved.