研究経歴


 私はこれまで太陽における活動現象の理論的研究に従事してきた.太陽というと,地球に最も近い恒星であることから,地球における生命,気象,その他諸々の活動を支配している存在ということが出来る.そうした我々にとって極めて身近な存在である太陽は,他の天体同様天体物理学の熱心な研究対象となってきた.特にその表面で生じる活動現象は,純粋にその物理機構に対する科学的興味に加えて,例えば地磁気嵐に見られるように,活動現象それ自体が地球環境に及ぼす影響が大きいことから,近年重要な研究対象となってきている.こうした状況は,日本はもとより各国で「宇宙天気予報」というプロジェクトが天文分野を越えて他分野,特に地磁気分野との協力の下で進行している現状に見ることが出来る.

 私が最初に取り組んだのは,数ある太陽活動現象の中でも最も活発な現象である flare(太陽面爆発)の発生・進化のプロセスを調べる研究である.この研究を進める上では,現象を時間的,空間的に精度よく捉えた観測データが重要な研究資料になる.私にとって,観測データを土台にした理論的考察という研究スタイルは,大学院在学以来一貫した研究スタイルであり,それは博士学位論文のタイトル "A Study of Solar Flares Based on Comparison between Theory and Observation"にも反映されている.この意味で,1991 年に日本が国際協力のもと打ち上げた太陽観測衛星"ようこう"がもたらした鮮明な観測データは,私の研究において重要な役割を果たしてきた."ようこう"は, flare がカスプ型構造を持ちその頂上部に高温高密のプラズマが存在している様子を明らかにした(図1上部).この観測事実を踏まえて,私は太陽コロナで発生する磁気リコネクションの非線形進化を数値シミュレーションによって調査した.その結果,カスプ型構造の形成とその頂上部に磁気流体衝撃波により高温高密のプラズマが出来ることを明らかにした(図1下部,Magara et al. 1996).さらに,コロナの環境下で頂上部の温度がどの程度まで上昇するかを衝撃波の理論により評価した結果,約1億度という値が得られた(Magara 1998).この温度は熱的輻射を仮定した場合に観測データから得られる値と一致した.他方,"ようこう"は,その優れた時間分解能により flare の発生時に高密のプラズマの塊(プラズモイド)が惑星間空間へ噴出していく様子を明らかにした.ここで得られたプラズモイドの観測的特徴をもとに,私は flare 発生前から発生時かけて働く物理過程を解明した(Magara, Shibata, & Yokoyama 1997; Magara & Shibata 1999).

 1998 〜 2000 年にかけてポスドク研究員として京都大学飛騨天文台に勤務したが,これは私にとって研究手法の広がりという点で転機となった.それまでは観測結果を基にシミュレーションを活用した理論的考察を進めてきたわけだが,取り組む課題によっては観測データの解析自体も新たに行うことが必要になる.私は, flare で解放されるエネルギーがどのようなプロセスで蓄積されるのかという問題に取り組んできた.この問題は flare の発生領域における光球ガスの運動を調べることに関連している.幸いにも飛騨天文台は世界第一級の光学太陽望遠鏡を有し,高精度の光球画像データの取得が可能であることから,この観測データを用いて光球ガスの運動を調べた(図2 Magara & Kitai 1999).対象としたのは,太陽面上でしばしば大規模な爆発・噴出現象を起こす filament(暗条)付近の領域である.この領域に局所相関追跡法を適用し,光球ガスの水平速度場を導出した(図2の矢印).その結果,filament に向かってガスが集まる converging motion の存在が確認された.以前よりこの運動は filament を取り囲む磁場構造のエネルギーをポテンシャル状態から高めるのに貢献すると指摘されており,今後は filament 付近の光球ガスの運動の統計的性質を探る研究を進めて,エネルギーの蓄積過程の解明を目指していく.

 2000 年 5 月にアメリカ合衆国モンタナ州立大学へ異動し,従来より予備的研究を進めていた コロナにおける磁場進化の3次元モデリング という課題に本格的に取り組み出した.この研究を進める動機となったのは,本大学のグループによって行われてきたコロナ中の磁場の活動性についての研究であり,それによると大きな爆発を起こす活動領域には捻れたS字型の形状を持つ軟X線ループがしばしば出現する(図3).コロナの磁場構造に関する理論では,過去の多くの研究が光球下から磁場が浮上してくる過程を直接再現することなく磁場構造を議論していたが,私は太陽内部から磁場が光球上へ現れていく様子を直接再現することで,より self-consistent なかたちでコロナ磁場の形成問題に取り組んだ(Magara 2001).さらに3次元性に重点を置いた研究により,太陽内部から浮上してきた磁束管がコロナにおいてS字型の磁場形状を取りうることを明らかにした(図4 Magara & Longcope 2001).現在,形成されたS字型の磁場構造がどのような加熱機構で軟X線ループとして観測されるのかという問題に精力的に取り組んでいる.(2003 年 4 月より,カリフォルニア大学バークレ校所属.現在,バークレ校附属宇宙科学研究所の派遣研究員として,ワシントンDCに勤務.最新情報はこちら.)


参考論文
Magara, T. & Longcope, D. W. 2001, ApJ, 559, L55
"Sigmoid Structure of an Emerging Flux Tube"

Magara, T. 2001, ApJ, 549, 608
"Dynamics of Emerging Flux Tubes in the Sun"

Magara, T. & Kitai, R. 1999, ApJ, 524, 469
"Photospheric and Chromospheric Gas Motions around a Dark Filament"

Magara, T. & Shibata, K. 1999, ApJ, 514, 456
"Evolution of Eruptive Flares. II. The Occurrence of Locally Enhanced Resistivity"

Magara, T. 1998, Ph. D. Thesis, Univ. Kyoto
"A Study of Solar Flares Based on Comparison between Theory and Observation"

Magara, T., Shibata, K., & Yokoyama, T. 1997, ApJ, 487, 437
"Evolution of Eruptive Flares. I. Plasmoid Dynamics in Eruptive Flares"

Magara, T., Mineshige, S., Yokoyama, T., & Shibata, K. 1996, ApJ, 466, 1054
"Numerical Simulation of Magnetic Reconnection in Eruptive Flares"