１ 太陽の概略
1-1 太陽は核融合反応炉
太陽の直径は約１３９万キロメートル、地球を横に並べると１０９個分にもなります。惑星の中でも最大の木星の約１０倍、体積は地球の１３０万倍もあります。ちなみに、地球の直径は１２，７５６キロメートルです。
太陽は太陽系の中で最も大きな天体で、すべての太陽系の中心になっています。地球から太陽までの距離は平均１億４６５９万７８７０ｋｍ、これを１天文単位（１ＡＵ）といい、太陽系の天体の距離の基礎となります。
太陽までは、光の速さ（秒速２９９，７９２キロ）で約８分半かかる距離になります。ジェット機を利用すると１７年、新幹線「やまびこ」を利用すると６０年、自転車を利用すると５７０年、歩いて行ったら２０００年もかかる距離になります。
太陽の表面（光球）の温度は摂氏約６０００度（華氏５７８０度）で、黒点の部分の温度は約３８００度。太陽表面のシミを黒点と呼びますが、表面よりも少し温度が低いために明るさが弱い部分です。
太陽中心（核）では大量の水素が核融合反応を起こしていて、中心温度は約１６００万度の高温、さらに２５００億気圧の高圧状態となっています。核融合反応というのは、４個の水素原子が衝突を起こし１個のヘリウムに変わる反応のことです。
この反応により、太陽は１秒間に約４３０万トンも体重を減らしています。しかし、それはなくなったわけではなく、３８億６０００万メガワットの１兆倍、水素爆弾数万個分という、ものすごいエネルギーに変化しています。
核で作られたエネルギーは、核や放射層という圧力が非常に高い部分でじわじわと伝わっていき、対流層で浮かんだり沈んだりを繰り返しながら、約１００万年（最近の研究では１７万年）もかかって、やっと光として表面に出てくるといわれています。
太陽は自然の原子炉、天然の原子核融合炉です。太陽の年齢は約４６億歳です。といっても、太陽ほどの星の寿命は１００億歳とされていますので、人間の年齢に直すと働き盛りの４０歳くらいと考えていいでしょう。
1-2 太陽は特別な星ではない
太陽は、星のお母さんともいうべき水素などの星間ガスがあつまってできた天体です。水素は宇宙で最も多く存在するガスで、いまも星空のあちこちに広がっています。右下の写真は、はくちょう座付近を特殊なフィルムとフィ
ルターで撮ったもので、水素のガス星雲がたくさん写っています。
今から４６億年前、太陽の近くで一つの星が超新星爆発を起こし死んでいきました。その時の波動で水素ガスが揺れ動き、濃い部分が自分の重力でさらにまわりのガスを集め、巨大なガス雲として成長して太陽になったと考えられています。
なお、太陽系には鉄や重い金属などがたくさんあることから、太陽は超新星爆発を起こして死んだ星の、生まれ変わり（の生まれ変わり？）であるとされています。
太陽がガスの集まりであることは、太陽の縁の部分が少しずつ暗くなっている様子からもわかります。太陽全体で見ると、９２％が水素、７％がヘリウム。残りの１％未満が、炭素・酸素・鉄などとなっています。
太陽の絶対等級であらわすと４．８等になります。絶対等級とは１０パーセク（３２．６光年）離れてみたと仮定した際の星の明るさで、他の星と比較するのに役立つ明るさのモノサシです。
地球は太陽を中心とする半径１億５千万キロの大きな円を１年かけて、秒速３０キロ＝時速１２万キロでぐるぐる回っています（公転）。これにより、星の見える位置は、微妙にズレることになります。
このとき、角度の１秒（１度の３６００分の１）のズレとなるのが、３．２６光年の距離。これを「１パーセク」とし、「光年」とともに恒星など遠い天体の距離の単位としています。
太陽の絶対等級が４．８等ということは、太陽を３２．６光年離れて見れば、４．８等にしか見えないということになります。夜空で見るけっこう暗い星になりますが、１５光年以内には太陽を含め４６個の恒星があるとされています。
その中での明るさをくらべると第１位はおおいぬ座のシリウスの絶対等級で１．４等。第２位はこいぬ座のプロキオンの２．６等。第３位はケンタウルス座α星の４．４等。第４位は太陽の４．８等ということになります。
しかし、七夕の彦星（わし座のアルタイル）は絶対等級で２．２等。織り姫星（こと座のベガ）は０．５等。そのほかにも太陽より大きな星は多く、宇宙の中での太陽はけっして特別な星ではないのです。
1-3 太陽の将来
地球から見たときの太陽の明るさは、マイナス２７等星。その明るさは１等星の実に１５６０億倍。１秒間に太陽が放出するエネルギーの量は、文明の始まり以来人類が消費してきたエネルギーの総量より大きいといわれています。
太陽から放たれるエネルギーは３．８５×１０の２６乗ワットで、１秒間に１ｃｍ四方にあたるエネルギー（ただし地球の大気圏外）は１．９６カロリー（これを太陽定数といいます）になります。
１分間に地球が太陽からうける熱と光のエネルギーは、ダンプカー４０００万台分の石炭をいっぺんに燃やした分と同じになります。でも、太陽が四方八方に放つ全エネルギーの２２億分の１にすぎないのです。
太陽の１０倍ほどの大きな星になると、最期には超新星爆発という大爆発を起こしてその一生を終えますが、太陽は赤くて大きな星になり、最後はガスを吹き出し白色わい星という小さな星となって一生を終えます
第一段階は、今のペースで１秒間に約４３０万トンも水素を消費していくと、やがて、水素が減ってヘリウムが中心部で１０％を越えるようになります。
第二段階は、ヘリウムが多くなると中心部は数千万度まであがり、水素核融合反応も激しく進み、今より５０倍ほどの大きな星となり、明るさも２０００倍ほどに増します。
第三段階は、ヘリウムが全体の半分にもなると、心核でヘリウム反応が始まり、やがて大きさは現在の数百倍、明るさは現在の約１万倍にたっします。その大きさは地球を飲み込むほどで、すべてを焼き尽くされて地球も一生を終えます。
第四段階は、太陽が不安定な赤い「変光星」となり外側のガスを放出していきます。ヘリウム反応がすべて終わると、こんどは炭素がエネルギーの新しい源にならない限り、最期には暗く小さな「白色わい星」となって一生を終えます。
太陽の一生を知って、そんなに悲観しないでください。第一段階が始まるのは４０億年後、第四段階後まで５０億年後の話ですから。
２ 太陽の姿
2-1 荒れ狂う太陽
２０１７年９月６日太陽から紫外線とＸ線の激しい放射が見られ、大量の放射線が地球にも到達しました。フレアと呼ばれる現象で太陽表面で起こる大爆発です。放たれた光は行く手にあるあらゆるものを焼き尽くすほど激しいものです。
太陽からすさまじいエネルギーが噴出すると地球は危険にさらされます。このフレアが原因で、地球の太陽に面した側では電波障害が起きました。ちょうど大西洋で３つのハリケーンが発生し、カリブ海の島々では救援活動が行われている最悪のタイミングでした。
地球の気象と宇宙の気象が重なって起きた惨事で１日中救援隊の通信が途絶えました。太陽の変化はわたしたちの日常的生活にかかわってきます。太陽の研究の意義は学術的なものにとどまらず、太陽が次に何をするか予測する必要があるのです。
そこでＮＳＡは偵察部隊を組織し、国際的太陽物理学ミッションがスタートしました。精鋭の宇宙船団の登場です。リーダー格はソーラー・ダイナミクス・オブザーバトリーは略してＳＤＯ、太陽表面で発生するフレアに目を光らせています。
ＳＤＯは２４時間休むことなく様々な波長の光を観測し続けているので、表面で起きている現象を正確に知ることができます。宇宙船団には頼れるベテランソーホーがいます。この衛星は太陽表面の希薄な大気を見張り続けているのです。
ソーホーは船団の中では古株で打ち上げてから２５年も経過し、太陽そのものだけでなく太陽風も測定しています。太陽を直接見ることなく、強い光をブロックすることで大気の弱い光を観測できるのです。
パーカー・ソーラー・プローブは近年打ち上げられた期待のルーキーで、いわば前線に肉薄する偵察兵です。もっとも太陽に近づいた位置から太陽を見せてくれますし、太陽の大気であるコロナの中を通過するほど接近できるのです。
太陽は個体でも液体でも気体でもなくプラズマでできています。プラズマは物質の第四の状態と呼ばれ、原子から電子が分離しています。原子と電子が激しく動き回っている状態がプラズマです。
2-2 危険なプラズマ
この地球上にもプラズマはあります。誰もが知っている稲妻です。あれはイオン化した大気が光っているのです。この時プラズマの温度は３万度にもなります。地球上では一瞬で消えてしまうプラズマですが、夜空の彼方に目をやれば珍しいものではありません。
宇宙空間ではプラズマというのはもっとも一般的な物質の形態です。恒星も星間ガスもプラズマです。プラズマは太陽を理解するうえでもカギになります。太陽の表面を高解像度の画像で診ると、そこにあるのはプ
ラズマの球体です。
ガスが高温になるとプラズマ状態になり、原始から電子が飛び出してしまうのです。プラズマを構成する粒子は電荷をもっているので、磁場に沿って流れます。太陽系で最も強い磁場を持つのが太陽です。しかもそれはよじれ絡み合っています。
現在２０基以上の衛星が太陽を観測しています。見張り役のパーカー・ソーラー・プローブが恐ろしい現象を見つけました。太陽表面の気温は６千度、風速は９７万メートル、
吹き上げられた灼熱のプラズマが降ってきます。
表面から延びる磁力線に沿ってプラズマが持ち上がるので、燃え盛る大きな輪のような美しい形になります。あれが太陽の磁場の形です。ＳＤＯが撮影した動画では磁力線の輪からプラズマが雨のように降り注いでいました。
時には太陽から巨大なプラズマが発射されるのです。太陽の内部はいくつかの層に分かれています。一番中心にあるのが核融合の起きている中心核。そこで発生したエネルギーのほとんどは核を出て放射層に入り、そして放射によって外側へ運ばれます。
そしてエネルギーは対流層へ。ここではプラズマが巨大な流れとなって上へ下へとかくはんされながらエネルギーを運んでいます。これらの層は回転しています。太陽には外から見えない流れがあり、深い層と浅い層が異なる流れで回転しています。
2-3 宇宙の監視船団
プラズマが地球を直撃すれば地球の磁場は圧縮されます。そして粒子が地球の周りを覆います。その結果、地球の磁場が変形し両極へ向かって粒子が流れ込んでいき、地球の大気に衝突します。その結果、両極にオーロラが現れます。
１９７２年８月ベトナム戦争末期の出来事です。磁気センサーが反応してたくさんの機雷が爆発しました。人工衛星が強力な電磁波にさらされて停止しました。空軍のセンサーは地球上のどこかで核爆発が起きたと誤認したそうです。
幸いなことに科学者たちはすぐに原因を突き止め、核戦争は避けられました。太陽は直径１９０万キロのプラズマの球体です。そこで起きる現象を止めることはだれにもできません。でも、何が起きるかの予測をするための研究が今進んでいます。
頼りは太陽を監視する宇宙の監視船団です。太陽までの距離は１億５千万キロ、光なら８分ちょっとで地球まで届きます。コロナ質量放出の粒子が届くまでに数日はかかるでしょうが、宇宙船団は異変の始まりやその前兆をとらえることができます。
事前に危機を察知できれば防御を固められるでしょう。１９８９年３月太陽で起きた爆発がカナダで大停電を引き起こしました。スペースシャトルにも障害がおきました。更に１１年後に記録的なコロナ質量放出が発生し、地球はかろうじて難を逃れました。
１１年周期の理由は分っていません。確かなのは活動が激化する予兆として太陽表面に黒い点のようなものが現れること。黒い点と言っても地球よりもはるかに大きいのです。とてつもなく強力な磁場がプラズマの流れを阻害した結果起きると考えられています。
黒点は１１年周期で増加します。黒点が増加すると太陽フレアの強度と頻度が増してくると予測されます。太陽の中心核で発生したエネルギーは放射層へ運ばれ、そしてエネルギーは対流層へ運ばれます。
個々ではプラズマが巨大な流れとなって、上下へかくはんされながらエネルギーを運んでいます。これらの層は回転しています。太陽の内部には外からは見えない流れがあり、深い層と浅い層が異なる速度で回転しています。
2-4 黒点の正体
外側に比べると内側は３倍以上の速度で回転しているようです。加えて表面では赤道部分が極地方より早く回っています。こうして各層のプラズマがこすれ合うことで強力な磁場が発生します。この磁場が黒点や磁力線のループ、フレアを発生させるのです。
速度の違う回転によって太陽の磁場によじれが出てきます。このよじれが絡まってよじれを作り、外側へ突き出します。これが黒点の正体です。太陽の表面から巨大な磁場が移動しています。黒点の間は強い磁力線でつながっています。
半円状の磁力線は次第に成長し、磁力線同士が近づき接触する場合があります。すると磁力線がつなぎ変わり、太陽の中から巨大なガスの塊が放出されます。同時に磁力線は表面に叩きつけられ爆発しフレアが起こります。
１１年かけて太陽の磁場は極から赤道へどんどん移動し密になっていきます。磁力線が移動するにつれ、大量のプラズマも動きます。表面の下でプラズマが磁力線を導くので、プラズマが赤道に集まってきます。磁場は大量のプラズマを蓄積しています。
磁力線同士が触れて力が相殺すると、プラズマは津波のように極へ戻っていきます。戻っていくプラズマの波と極から赤道へ向かう磁場がぶつかって激しい磁気活動が起こります。この磁気活動が黒点やループさらには１１年周期を生じさせるのです。
磁場の変化と紫外線の発生、プラズマの動きは関連しており、この動きで１１年周期が現れていると考えられています。これから数年の間に、黒点やフレアー、コロナ質量放出が増加し人類は対応を迫られるでしょう。
黒点が大きければ大きいほど、巨大なフレアやコロナ質量放出が起きやすくなります。ソーホーは対流の磁力線の方向を監視し、黒点の出現を予測することができます。地球に被害を及ぼすようなコロナ質量放出に対し事前に警告を与えてくれるのです。
太陽風は１９６２年８月２７年マリナー２号が金星探査し出発し、途中である粒子をとらえました。それは太陽から流れ出した粒子と分かりました。粒子の速度は秒速２５０キロから７５０キロでした。
2-5 監視船団の先駆け
１９６２～１９７５年にかけて８基の太陽観測衛星が打ち上げられ、１０７１年に秒速３０万キロの勢いでコロナ質量放出が起きていることを確認しました。
１９９５年１２月２日に打ち上げられた太陽観測衛星ＳＯＨＯ（ソウホ）には、太陽の内部を観測するという重要な使命がありました。太陽の内部を調べるために音波を利用します。太陽は巨大なガスの塊で、内部では音波が四方八方に跳ね返っています。
この音波を解析することで内部を観測するのです。地球の磁場は南北に整然と走っていますが、太陽の磁場は複雑に入り乱れています。そして、太陽の磁場の下にグルグルと巻き付いたような磁力線があります。
この磁力線がときどき表面に飛び上がります。その断面こそが黒点なのです。黒点の間は強い磁力線でつながっています。半円上の磁力線は次第に成長し、やがて磁力線同士が近づき接触する場合があります。
すると磁力線がつなぎ変わり、太陽の中から巨大なガスの塊が放出されます。同時に磁力線は表面にたたきつけられ爆発しフレアが起こります。黒点が大きければ大きいほど、巨大なフレアやコロナ質量放出が起きやすくなります。
ＳＯＨＯは太陽の磁力線の様子か観測し、地球に影響を及ぼすような巨大なコロナ質量放出に対して事前に警告を与えてくれるのです。２００１年８月９日、太陽探査機ジェネシスが打ち上げられました。
ジェネシスは太陽の成分を調べることです。ジェネシスは太陽風の粒子を採取して持ち帰る計画でした。太陽風の粒子を調べることで太陽系の成り立ちについて手がかりを得ることができます。
太陽風の粒子には、太陽系が誕生したころの情報が残っているからです。ジェネシスは８５０日間太陽風の粒子を採取しました。採取は成功しましたがパラシュートが開かず、地上に激突して粒子を保管した容器もバラバラになってしまいました。
2-6 太陽観測衛星ひので
科学者はあきらめずに、砂漠でばらばらになった破片を集めました。太陽風の粒子やコロナ質量放出の粒子を測定し、太陽を構成する元素の同位体の値を初めて正確に突き止めたのです。
２００６年９月２２日に太陽観測衛星「ひので」が打ち上げられました。可視光・紫外線・Ｘ線の３つの望遠鏡を搭載して、非常に高い解像度で太陽を観測でき、画質のシャープさはこれまでに得られないものでした（下の写真は国立天文台よりお借りしました）。
ひのでは、コロナを加熱するのに重要な場所が、コロナ下部周辺に加熱する機構が働いていることを示しました。極端紫外線撮像分光望遠鏡でコロナから放射される輝線の分光観測を行いました。
従来に比べて、著しく高解像度・高感度でコロナの分光観測を実現することができたので、活動領域コロナの奥行き方向の速度（視線速度）の分布図をつくることができ、コロナループの根元付近でプラズマの上昇流を初めてとらえました。
一方、プラズマが対流で動くことにより、小規模なスケールの磁場が生み出される可能性が示唆されていました。ひのでの可視光・磁場望遠鏡は、黒点よりもずっと小さく寿命も短く、太陽表面で水平方向を向いた磁場が太陽全面を覆い尽くしていることを発見しました。
この磁場は短寿命水平磁場と呼ばれています。ひのでの高い偏光測定精度により実現した成果です。この磁場は太陽全面、到るところに存在するので、潜在的にはそのエネルギー量は膨大なものになり、コロナ加熱を賄える可能性があります。
我々はこの短寿命水平磁場が太陽全面にわたって同じように出現し、 普遍的な性質を持っていることを発見しました。 これは、短寿命水平磁場の起源が、｢ローカルダイナモ｣と呼ばれる、 太陽表面付近での対流に起因する新しい磁場の生成機構であることを示唆しています。
この太陽全面に存在する短寿命水平磁場の総磁気エネルギーは非常に大きく、 彩層やコロナの加熱に必要なエネルギーに匹敵することも明らかになりました。これらの発見は、世界最高の解像度と安定した磁場観測精度をもつひのでだからこそ為し得た成果です。
参考文献：太陽系・太陽系の旅・ひので（国立天文台）、解明宇宙の仕組み「太陽の秘密」（ＢＳ１１）など。