1. 太陽から飛んでくる 高エネルギー粒子
名古屋大学太陽地球環境研究所
松原豊
2005年6月4日
名古屋大学太陽地球環境研究所一般公開

2. 話の内容
1. 宇宙高エネルギー粒子
2. 太陽高エネルギー粒子
3. 何を知りたいか？
4. どうやってつかまえる？
5. まとめ

3. 宇宙から飛んでくる 高エネルギー粒子

4. 宇宙線＝ 宇宙から飛んでくる高エネルギー粒子 （ほとんどが電気を帯びている） 特徴: ・一つの粒子がとても大きな エネルギーを持っている。
　エネルギーを持っている。
・その起源、不明な点が多い。

5. 大きな謎 ! 宇宙線の エネルギーごとの頻度 頻度 最高エネルギーは とても大きい どうやって加速する？ エネルギー
Compilation by S. Swordy
4cal
4/1010
エネルギー

6. 最高エネルギー宇宙線の場合 ＝ この球の エネルギー 宇宙線1個のエネルギー thanks to Dragons
thanks to Lions
宇宙線1個のエネルギー

7. 水１グラム中に宇宙線粒子は 何個ある？ ＝
宇宙線粒子
水１グラム
１兆×１兆個
最高エネルギー宇宙線は10カロリー!

8. 宇宙線の 発見
1912年オーストリアのヘスによる
発見後100年－いまだに謎だらけ !

9. 宇宙線は危険 ？
地球が宇宙線から我々を守る。
我々を守るもの:
・地球大気（分厚い壁）
・地球磁場（進路変更）

10. 物質密度: 宇宙空間と地球
宇宙空間
宇宙空間で60万年に
出会う物質量 地上 ＝
地上で1cm 走って
出会う物質量

11. 宇宙線の地球近傍での運動
電気を帯びた粒子
中性粒子
From U. Leeds homepage

12. 宇宙線の進入しやすさ: 場所による
進入しやすい
進入しにくい

13. 数字が小さいほど進入しやすい
０.２ 5 10 15 15 10 5
０.２

14. 宇宙線の起源: わかっている 場所
活動銀河核
超新星残骸 太陽

15. 2. 太陽から飛んでくる 高エネルギー粒子

16. 太陽フレア現象
太陽表面における
爆発的な
エネルギー開放
地球の大きさ 太陽
NASA homepage

17. 太陽高エネルギー粒子による宇宙線増加 2005年1月20日 9000 60倍に! /秒 150 8:20 6:50
Bartol homepage

18. 黒点数の 年変動:
250
250
250
11年変動

19. 過去13年の毎月の黒点数変動
2008
1992
ISES Solar Cycle Sunspot Number Progression

20. 過去18年の毎月の大フレア数
第22
太陽活動期
第23
太陽活動期
1987.4月
2005.4月

21. 太陽活動が活発なほど、 太陽高エネルギー粒子は増加
ところが
太陽活動が活発なほど、 太陽系外からの宇宙線は減少
複雑な関係
太陽が宇宙線から我々を守る???

22. 世界中の宇宙線変動モニター （複雑な状況を監視する）1 10 10 1

23. 3. 知りたいこと

24. （太陽）宇宙線に関わること 太陽宇宙線が地球環境に及ぼす影響 2. 過去の太陽活動を知る。 3. どうして高エネルギーまで粒子が
　 加速されるのか？
宇宙線の謎解き
太陽宇宙線の理解

25. 3箇所で大爆発 陸別でオーロラ 2003年10月－11月の連続大フレアの場合 thanks to K. Watanabe
3 extensive active regions (NOAA region : 484,486,488)
Solar flares occurred between
2003/10/19 and 2003/11/05
X class : 11
M class : 46
486
484
488
3箇所で大爆発
陸別でオーロラ
SOHO MDI Continuum
Rikubetsu astronomical observatory

26. 過去10年の地上での宇宙線増加 1997年11月 6日 大規模太陽フレア 1998年 5月 2日 大規模太陽フレア
1997年11月 6日 大規模太陽フレア
1998年 5月 2日　 大規模太陽フレア
1998年 8月24日 大規模太陽フレア
2000年 7月14日 大規模太陽フレア
2001年 4月15日 大規模太陽フレア
2001年 4月18日 （対応フレアがない）
2001年11月 4日 大規模太陽フレア
2001年12月26日 中規模太陽フレア
2002年 8月24日 大規模太陽フレア
2003年10月28日 超大規模太陽フレア
2003年10月29日 大規模太陽フレア

27. 太陽活動と宇宙線強度は反相関
黒点数
（月平均）
宇宙線 強度
Bartol homepage

28. 過去の太陽活動の変動を知る 過去の宇宙線強度の変動がわかればよい 木の年輪中の、宇宙線強度を示すパラメータ を調べる
（専門家ではないので）ここでは触れない。

29. 高エネルギーまで粒子が加速される 仕組みを知りたい！
地上まで到達する高エネルギー
粒子をつかまえる。 でも
電気を持った高エネルギー
粒子は磁場で曲げられる。
いつ、どこでできたのか、
わからなくなってしまう。

30. 中性粒子を宇宙線の起源の情報源として使う
粒子が加速された場所で生成された中性粒子を用いる。
中性粒子は宇宙空間中の磁場で
曲げられない。
中性粒子は加速場所での情報を
保持してやってくる。

31. 電気を帯びた粒子 太陽 地球
中性粒子 磁場 太陽 太陽
M. A. Lee 1991
太陽圏における高エネルギー粒子

32. 中性粒子には何があるか？ ガンマ線（エネルギーの高い光） ニュートリノ 中性子 それぞれが重要な観測対象
我々は中性子を観測対象として用いる。

33. 4. どうやってつかまえるか
（太陽中性子の観測）

34. 中性子は大気中で減衰する 1. 太陽中性子の検出器は 2. 24時間太陽を観測するために、 高山、赤道付近、に設置。
世界の異なる経度、に設置。

35. 太陽中性子24時間観測網 1992より 展開 ハワイ スイス 乗鞍 メキシコ ボリビア チベット アルメニア
2003年3月・11月に設置作業。
メキシコ
ボリビア
チベット

36. 6月21日世界時3時と10時の太陽 3時
10時

37. 東京大学乗鞍宇宙線観測所
(2,770m)
64m^2
太陽中性子検出器

38. 東京大学乗鞍宇宙線観測所
(2,770m)
64m^2
太陽中性子検出器

39. 我々の重要な仕事
2004年11月26日

40. チャカルタヤ （ボリビア） 宇宙線観測所
(5,250m)
4m^2
太陽中性子検出器

41. 共同研究している人々 （国内） 名古屋大学太陽地球環境研究所 中部大学、日本大学、山梨学院大学、 信州大学 （海外） スイス・ベルン大学
アルメニア・エレバン物理研究所
ボリビア・サンアンドレス大学
メキシコ・メキシコ国立自治大学
中国・チベット宇宙線観測グループ
米国・ハワイ国立天文台すばるグループ

42. シンチレーション検出器 中性子 シンチレーション光 （500万個くらい 出る） 正の電気の粒子 この個数が中性子の （陽子）
　出る）
正の電気の粒子
（陽子）
この個数が中性子の
エネルギーに比例

43. シンチレーション検出器（外観）
光が電気信号に変換される
光電子
増倍管
電気信号の大きさは
シンチレーション光
の数に比例

44. 典型的な太陽中性子望遠鏡
中性子 陽子

45. 太陽中性子望遠鏡で測ること 2. 中性子の到来方向 1. 中性子のエネルギー 太陽からやってくる中性子の
エネルギーごとの数を測定しているだけ。
（成果を説明すること、難しい－言い訳）

46. 中性子対電気を持った宇宙線 マクマード 中性子の方が先にくる！ 南極 ケープシュミット イヌービック
Inuvik
2003年10月28日: 黒が中性子。色つきが電気あり。

47. 太陽中性子望遠鏡でわかること イオン加速と直接結びついている。 （少しだけ）
正の電気を持つ粒子（イオン）が加速され るのに要する時間。実は負の電気を持つ 粒子（電子）の加速はわかっている。
太陽表面爆発のエネルギーがどれだけ効 率的に加速に用いられるか。
粒子が加速される方向。
（少しだけ）
イオン加速と直接結びついている。

48. ここ10年でわかってきたこと 太陽中性子の検出は難しいが、 観測例5例 10例に（倍増） 2. 太陽表面では、同じような仕組み
　観測例5例　　10例に（倍増）
2. 太陽表面では、同じような仕組み
　で粒子が加速されている。
3. 宇宙空間でも近い天体では太陽と
　同様の加速が起こっている。

49. 5. まとめ

50. きょう伝えたかったこと 宇宙からとんでくるとてつもなく エネルギーの高い粒子がある。 2. その加速の仕組みを知るために、
　 エネルギーの高い粒子がある。
2. その加速の仕組みを知るために、
　 太陽高エネルギー粒子を研究する。
3. （電気を持たない）中性子を観測。
4. 赤道付近の高山に装置を展開した。
5. この研究により基本的な加速の原理
　 はわかってきた。
6. ゴール は・・・まだかな???
thanks to 西脇工hp